电厂:可否用纸张和纸浆副产品制造可充电电池?

科学家们尝试用植物木质素替代锂和其他金属,制造出可充电电池——但要将其转化为可用的电源,还有许多工作要做

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尽管几十年来一直有预测认为完全电子化、无纸化社会即将到来,但我们仍然生活在一个充斥着印刷文件的世界中。 对植物纤维素基书写和包装材料的这种永不满足的需求,最终可能会带来一线希望:一种新型低成本、环保型可充电电池的组件。

来自波兰波兹南理工大学的Grzegorz Milczarek 和来自瑞典林雪平大学的Olle Inganäs 等研究人员,将一种聚合物与纸张和纸浆工业的废料结合起来,创造出一种新型电池正极,而今天的电池正极大多由锂或钴等不可再生金属制成。 具体而言,Milczarek 和 Inganäs 使用了木质素,一种结合细胞、纤维和构成木材的导管的有机物质。 根据瑞士国际木质素研究所的数据,植物中木质素的含量高达 30%,是地球上仅次于纤维素的第二大可再生碳源。 每年,造纸过程产生 3500 万至 4500 万公吨的深色废料,称为黑液,其中富含木质素衍生物。

大多数电池由电化学电池组成,电化学电池具有两个电极——阳极和阴极——并填充有电解质。 电解质内发生的化学反应的累积效应会在阳极和阴极之间产生电子流,从而释放电力。

Milczarek 和 Inganäs 将木质素衍生物与一种称为“聚吡咯”的聚合物结合起来,制成了厚度各异的测试正极。 科学家们表示,木质素衍生物的绝缘特性与聚吡咯的导电性相结合,创造出一种能有效保持电荷的复合材料,他们的研究成果发表在 3 月 23 日的《科学》杂志上。

这项研究的灵感来自于植物将光能转化为储存的化学能的过程。 Inganäs 解释说,在光合作用中,被称为的电化学活性分子传输电子和质子。 动物也在新陈代谢中利用醌,“建立驱动 ATP(或三磷酸腺苷)合成的 pH 梯度,”他补充道。 这位生物分子和有机电子学教授推断,如果大自然可以创造出如此可再生的代谢过程,为什么不将其视为可再生系统中电荷存储的基础呢?

研究人员还有很多工作要做,Inganäs 警告说,将他们的原型电池系统与用金属制造的无机双电极电池进行比较还为时过早。 “为了提高电极的电荷密度,还有很多事情要做,这正是我们现在正在做的,”Inganäs 说。

然而,拟议方法的最大缺点是,电极在闲置时会在数小时内失去电荷。 研究人员希望不同类型的木质素衍生物可以解决这个问题。 鉴于地球上植物生命的多样性,研究人员不乏研究样本。

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