你有想过哪一天电池会像纸相同轻、薄、有韧性吗?这是许多科学家的梦想,因为这样的电池能够极大地减轻相应电器的重量及体积。近日,来自瑞典乌普萨拉大学的艾伯特·米兰彦及其同事研制出了一款从本质上来说就是纸的新电池。它重量轻、体型修长,尽管目前还不适用于日常电器,但已经可以应用于商店及机场的追踪设备。之所以说该电池本质上是纸,是因为它重要由纤维素构成。研究人员指出,该电池是根据电化学原理设计出来的。每个电池都有两个电极,浸泡于电解液中。通常,锂离子电池的阳极是碳,阴极是锂钴氧化物,电解液则为含有锂盐的有机溶液。电池充电时,电子会被吸入阴极,导致锂离子离开阴极,进入阳极。电池放电时,离子的运动过程则正好相反。
米兰彦在美国化学协会期刊《纳米通讯》(NanoLetters)上详细描述了纤维素电池。纤维素是纸的基本组成部分,重要从树木或棉花中提取得来,但在实验中使用的纤维素来源却不同:由水藻提炼得来。米兰彦解释,他们选择水藻是因为它们的纤维素更加纤细,这能进一步扩大电池表面积,从而改善电池的储电性能。
但由于纤维素本身不导电,必须在纤维素表面涂上一层导电物质。米兰彦选择了一种名为聚吡咯的聚合物,当它浸泡在海藻纤维素中之后便会与其结合,形成一种导电性能良好的物质。然后,米兰彦用这种物质制造了电池的阴极和阳极。至于电解液,他使用的则是浸泡在浓盐水中的滤纸。因此,整个电池的结构便像是一张滤纸夹在两个纤维素电极中间,而电极又被放在载玻片之中。用白金制成的条状导线将电极与外部世界相连。通过化学变化释放的电能则被储存在聚吡咯中。在化学反应的过程中,分子一般以两种状态存在:被氧化或被还原状态。而当参加化学反应的分子处于电路中时,便会有电流形成,在几秒钟之类对1伏特的电池完成充电,而且可以充放电数百次而不影响其性能。
米兰彦目前正努力将该技术商业化。虽然目前来看水藻电池并不能完全替代锂离子电池,但它能应用于一些比较适合的设备,如含有小型无线电设备的装置等。值得一提的是,近日,一些其他的研究人员同样用纤维素制造出了晶体管。米兰彦发明的电池可以应用在这些电子产品之上。