迷迭香残渣生物炭的电学特性与润湿性评估及其在能源存储中的应用创新

本研究针对生物质资源高效利用与清洁能源需求，通过固定床慢速热解（400-900°C）制备迷迭香残渣生物炭，首次采用复阻抗谱（CIS）技术解析其电学行为。结果表明：900°C茎秆生物炭固定碳达91.31%，HHV为32.18 MJ/kg；700°C以上接触角<90°显示亲水性，CIS证实其高导电性与储能潜力，为超级电容器电极材料开发提供新思路。

　　

全球人口突破80亿的背景下，化石能源枯竭与环境污染问题日益严峻。据预测，2040年全球能源消耗将达189亿吨油当量，而燃煤等传统能源释放的CO₂
、NO₂
等污染物加剧了土壤酸化与气候变化。生物质作为第四大能源（占全球消费14%），其热化学转化产物生物炭因兼具碳封存与能源存储潜力备受关注。然而，现有研究多聚焦木材类生物炭，对迷迭香等药用植物残渣的深度利用缺乏系统性探索，尤其缺乏对其电学特性的精准表征方法。

为解决上述问题，摩洛哥乌吉达大学的研究团队创新性地采用复阻抗谱（Complex Impedance Spectroscopy, CIS）技术，首次系统评估了迷迭香叶/茎残渣生物炭在400-900°C热解温度下的电学、能量学及润湿性特征。相关成果发表于《Biomass and Bioenergy》。

关键技术方法
研究通过固定床慢速热解制备生物炭样本，采用元素分析、工业分析测定C/H/N含量及固定碳；差示扫描量热法（DSC）分析热稳定性；CIS测试电导率与储能性能；光学接触角仪测量润湿性。样本来源于摩洛哥Taourirt省贝尼谢巴勒地区野生迷迭香残渣（经水蒸馏提取精油后）。

研究结果

1. 原料与生物炭制备
迷迭香残渣经110°C干燥24小时后，在Vecstar炉中氮气氛围下热解。温度梯度实验显示，随热解温度升高，茎秆生物炭固定碳含量从400°C的45.2%增至900°C的91.31%，高热值（HHV）达32.18 MJ/kg，接近无烟煤水平。

2. 差示扫描量热分析
DSC曲线显示两个放热峰：叶生物炭在352.3°C和495.2°C，茎生物炭在335.2°C和469.9°C。第一峰归因于脂肪族组分分解，第二峰对应芳香结构氧化，证实高温生物炭具有更高热稳定性。

3. 复阻抗谱分析
CIS首次应用于生物炭电学表征，发现800°C茎生物炭电导率最高（1.8×10^-2
S/cm），Nyquist图显示其电荷转移电阻显著低于低温样本，表明高温热解可优化电荷传输路径，适合用作超级电容器电极。

4. 润湿性评估
接触角测试显示，≥700°C生物炭接触角均<90°，表明亲水性增强。这种特性有利于电解质渗透，提升电化学器件充放电效率。

结论与意义
该研究通过CIS技术揭示了迷迭香生物炭的温度依赖性电学规律：高温热解（≥800°C）可同步提升其能量密度（HHV>30 MJ/kg）与导电性，同时保持亲水表面特性。茎秆生物炭在900°C时固定碳含量达91.31%，兼具替代化石燃料潜力与电极材料应用价值。

创新性体现在三方面：

1. 方法论突破：首次将CIS引入生物炭研究，为电化学性能评估建立新标准；
2. 资源循环：将精油提取残渣转化为高附加值材料，实现"废弃物-能源-电极"闭环；
3. 应用导向：亲水性高导电生物炭可同时用于土壤改良（水保持）与储能器件（降低界面阻抗）。

这项工作由Abdelouassia Dira等完成，获摩洛哥国家科技研究中心（CNRST）博士奖学金支持，为发展中国家生物质高值化利用提供了技术范本。