工业大麻黑科技：华东师大首次展示用工业大麻制备的石墨烯纳米材料

最近，昆明国际工业大麻产业园的消息引起了全国的关注，而在挂牌仪式的现场，一项工业大麻“黑科技”同样引人注目——华东师范大学重庆研究院首次展示了工业大麻麻秆麻根制备石墨烯介孔量子材料及一系列重要应用。

据介绍，依托精密光谱科学与技术国家重点实验室，该研究院采用自主知识产权研发的精密光学、生物医药、新能源、新材料的技术与仪器设备，以工业大麻秆茎为原材料制取石墨烯介孔量子点（1-3nm），其导电率大于国际同类产品的4倍，物理性能达到世界领先水平。

华师大重庆研究院负责人表示，研究院将依托工业大麻麻秆麻根制备石墨烯介孔量子材料的技术及其应用，全方位支持昆明工业大麻产业加速发展和全面升级，助力昆明建设成为工业大麻产业高地。

为什么要用大麻做电池？

对人类社会而言，寻找更轻、更持久的储能设备(如电池)挑战几乎存在于每一个领域和每一个时代。根据最新研究显示，工业大麻电池的某些性能可能比锂和石墨烯更强大。

超级电容器是一种能量存储装置，它可以释放强大的能量，并在短时间内爆发，这种强大的能量释放被用于电动汽车的制动系统、电脑的供电以及诸如快速手机充电等领域。

工业大麻超级电容器在某些方面可以与典型的石墨烯纳米片超级电容器性能相媲美，甚至在储能方面的表现比石墨烯超级电容器高出近200%。值得注意的是，工业大麻的价格只有石墨烯的千分之一。

(a)工业大麻衍生碳材料锂储存示意图 (b)活化后的片状反应产物， 插图图像显示单个芯片的规模(c)工业大麻衍生碳分层多孔结构示意图

2019年初，纽约克拉克森大学的教授大卫·米特林（David Mitlin）在《福布斯》杂志发表的文章指出，使用工业大麻开发更快、更小、更便宜的超级电容器，可能将被证明会彻底改变电池寿命。

米特林多年来一直在研究大麻的储能系统，他表示，“人们问我，为什么用大麻？我说，为什么不用？我们正在以千分之一的价格制造类似石墨烯的材料，而且我们用的是废料。我们使用的大麻完全是可以合法种植的。”

米特林的研究使用大麻韧皮（大麻内部的皮）和大麻生产过程中的废料，来代替超级电容器中昂贵的石墨烯材料，他将剩下的大麻韧皮废料“煮”成碳纳米片，该过程称为热液合成作用（hydrothermal synthesis）。

大麻韧皮被熬煮后，木质素和半纤维素溶解，并留下这些碳纳米片，也就是伪石墨烯结构。这些超级电容器可在很宽的温度范围和高能量密度下运作。该电容器业内评为「比石墨烯做的商用设备更好或相当」。

此外，工业大麻电池还弥补了锂电池的短板。

锂离子电池并不完美， 它们需要很长的时间才能充电， 由于内部组件的磨损，它们的使用寿命也有限， 尽管它们可以存储大量电能，但它们无法在瞬间提供大量电能。

米特林表示，大麻制作的超级电容器的运作温度低至0C时，会显示出任何碳中所见过最佳的功率能量组合。例如，在20 kW / kg的极高功率密度，和20、60、100C的温度下，能量密度分别为19、34、40 Wh / kg ，在完全组装后，能量密度为12 Wh / kg，可以在不到6秒的时间内充电。

超级电容器不仅可以在几秒钟内充电并立即提供大量电能。它们具有几乎无限的生命周期，因为内部组件不会故障，并且它们可以在更宽的温度范围内充电和放电。

工业大麻是一种有巨大价值和用途广泛的资源，可用于医用、工业、纺织、食品和造纸等行业。如果人类能进一步提高工业大麻超级电容器的能量密度并降低成本，使它们在某些性能上与锂离子电池相提并论，创造出灵活的储能装置，就有可能会改变整个能源产业，促进人类生活向使用清洁能源、可再生能源时代转变。