普通的白色办公用纸可以成为高效电池的基础。科学家们利用载有碳纳米管的墨水，将纸张转化为高效的储电设备。这种对古老发明的全新演绎是旨在将纸张融入电池以减轻其重量（电池技术的主要缺点之一）的一系列研究中的最新成果。
为了减轻重量，研究人员尝试了几种方法，包括使用薄膜材料作为墨水铺设。纸张几个世纪以来的吸引力——其多孔的微观结构，使其非常适合容纳墨水——现在吸引了研究人员进行现代应用，更不用说纸张还是一种灵活、轻便、价格合理、成熟的技术，它无处不在，并且可以由可再生资源制成。
为了设计这种新型纸电池，斯坦福大学的材料科学家崔屹和他的同事用单壁碳纳米管制成的黑色墨水涂覆普通复印纸，这些碳纳米管是只有十亿分之一米宽的导电管道。然后将正负电极——阴极和阳极——作为浆料涂在浸渍纳米管的纸张上干燥。（阴极由锂锰氧化物纳米棒制成，阳极由氧化钛锂纳米粉末或碳芯硅壳的纳米线制成。）
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然后将电池浸入六氟磷酸锂溶液的电解液中，以连接电极并密封在袋中。在这种设置中，纳米管从每个电极收集电流。“这提供了一个高科技与低科技相结合的好例子，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的材料科学家约翰·罗杰斯说，他没有参与这项研究。
接近传统储能电池
这些纸电池，在12月7日在线发表的《美国国家科学院院刊》中描述，在能量存储和充放电循环寿命方面与传统电池一样好。根据他们的实验，研究人员表示，将碳纳米管纸张加入到传统可充电电池中，可以减轻其重量高达20%。
这种减重有助于使电动和混合动力汽车更具可行性，并可能带来更持久的手机、笔记本电脑和其他便携式电子产品。“廉价、灵活和轻便的电池的制造可能会彻底改变便携式电子产品，”麻省理工学院的材料科学家弗朗切斯科·斯特拉奇评论说，他没有参与这项研究。崔屹补充说，在大规模应用中，它们还可以廉价地帮助太阳能和风力发电场存储他们产生的能量。
崔屹和他的同事指出，碳纳米管与纸张结合得非常牢固，无需使用会降低性能并显著增加生产成本的粘合剂。电池还可以弯曲和卷曲，而不会失去导电能力，“可以很容易地层压到柔性计算机中为设备供电，”他建议道。该团队在论文中指出，他们的技术很容易实现大规模生产，如果需要，甚至可以用刷子将墨水涂在上面。
纸张的足迹
这些新设备是近年来出现的一系列纸电池中的最新成果。例如，2007年，纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院的生物聚合物专家罗伯特·林哈特和他的同事制造了以多壁碳纳米管和纸张为阴极、锂金属薄膜为阳极、铝箔为集电器的复合材料制成的电池。他们进行了实验，其中汗液或血液作为他们的电解质，表明它们可以在体内植入物中找到用途。
瑞典乌普萨拉大学的纳米技术专家玛丽亚·斯特罗姆和她的同事也设计了用海藻制成的纸张电池。他们在10月14日的《纳米快报》中报道说，由于这种纸张的表面积是木材制成的100倍，因此它可以容纳更多的电量。
对于新纸张的一个担忧是它们的电阻，它比传统电池中用作集电器的金属箔的电阻高出10倍甚至更多。这种电阻会减慢功率的传输。崔屹建议将金属纳米线加入他们的设备中以降低电阻，从而有助于提供更多的电能。
实施这些发现的另一个主要障碍是目前碳纳米管的高价。“然而，随着产量的增加，碳纳米管的价格将持续下降，”崔屹指出。“导电纸的概念也可以用其他可能成本较低的纳米材料来实现，例如石墨烯。”