最近,瑞典科学家利用海藻中的纤维素成功制造出像纸一样纤薄、轻巧且柔韧的电池。这种电池可用于追踪产品从产地到货架的行踪,或用于追踪通过机场安检的行李。相关研究成果已发表在《纳米快报》上。
电池依靠电化学反应工作,每个电池包含两个电极(阴极和阳极),浸没在电解液中。目前广泛应用于手机和笔记本电脑的锂电池,其阳极由碳组成,阴极由氧化锂钴组成,并溶于含有锂盐的有机电解液中。充电时,电子向阴极移动,迫使带正电的锂离子从阴极迁移至阳极;放电时,锂离子返回阴极,产生电流。
瑞典乌普萨拉大学的阿尔伯特·米兰因及其同事发明的电池,由海藻中提取的纤维素制成(普通纸张由树木或棉花中的纤维素制成)。海藻纤维素的纤维更纤细,使电池具有更大的表面积,从而能够存储更多电荷。
然而,纤维素本身不导电。米兰因团队使用一种常见的导电聚合物——聚吡咯(polypyrrole)来包裹纤维。聚吡咯通常为无定形黑色固体,不溶不熔,在200℃时分解,但具有导电性。研究人员将聚吡咯浸入海藻纤维中,形成导电混合物,并以此制造出电池的两极,用浸过盐水的滤纸作为电解质。
这种新型电池由两个纤维素电极及夹在其间的浸盐滤纸构成,形似三明治,两个电极位于两块载玻片之间。电极上附有铂带,用于与外界形成导电接触。聚吡咯内部发生的化学变化实现电量的存储与释放:分子以两种形态存在,即“氧化状态”和“还原状态”,当这两种状态的分子形成回路时,即产生电流。该电池可在几秒内完成充电,且充放电100次后性能无明显下降。
米兰因博士正在为这项技术寻找商业合作伙伴。目前,海藻电池的效率仅为锂离子电池的三分之一,虽不能替代锂电池,但有其独特用途:可用于带有小型无线电装置的行李标签,通过信号追踪行李位置;也可用于“智能”包装材料,如带电子显示屏的包装盒。此外,该电池还可为最近研制的纸基晶体管组件充电。