可充電“紙電池”問世：能折疊能防水 媲美超級電池

瑞典科學(xué)家近日研制出了一種能作為電池的“紙”，其效率之高，所儲存的電能可以和市場上最好的超級電容電池相媲美。一張直徑15厘米的“紙電池”就可以儲存1法拉的電容。這是一種由納米纖維素制成的材料，質(zhì)地柔軟。“紙電池”內(nèi)的纖維只有20納米厚，外圍覆蓋著帶電聚合物。相比之下，人頭發(fā)的厚度為100000納米，是該纖維厚度的5000倍。這種紙電池具有紙張一樣的柔軟特性，甚至能折疊成千紙鶴。我們或許很快就能在智能手機(jī)、智能手表、筆記本電腦和電視上看到這種紙電池的應(yīng)用。

北京時(shí)間12月24日消息，據(jù)報(bào)道，瑞典科學(xué)家近日研制出了一種能作為電池的“紙”，其效率之高，所儲存的電能可以和市場上最好的超級電容電池相媲美。

這是一種由納米纖維素——與應(yīng)用在紙張中的纖維素類似——制成的材料。在高壓水柱的作用下，這種“紙”的纖維能做到只有20納米厚，相比之下，人的頭發(fā)直徑約為100000納米，是該纖維厚度的5000倍。在納米纖維的外層，覆蓋著一層溶解在水溶液里的帶電聚苯乙烯塑料。

當(dāng)這些納米纖維覆蓋上帶電塑料后，就成了厚度只有零點(diǎn)幾毫米的“紙電池”。一張直徑15厘米的“紙電池”能儲存高達(dá)1法拉的電容，這已經(jīng)可以和目前市場上見到的超級電容電池(又稱法拉電池)相媲美。瑞典林雪平大學(xué)有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的博士生Jesper Edberg解釋道：“這些纖維纏結(jié)在一起，空隙中的液體則作為電解質(zhì)。”

“具有電容器功能的薄膜已經(jīng)存在了一段時(shí)間，”研究共同作者、有機(jī)電子學(xué)教授Xavier Crispin說，“現(xiàn)在我們能造出厚厚的紙片。”相關(guān)的研究成果發(fā)表在近期的《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)雜志上。

這種“紙電池”具有紙張一樣的柔軟特性，甚至能折疊成千紙鶴，這使其在下一代超薄、易曲的電子設(shè)備中具有廣闊的潛力。我們或許很快就能在智能手機(jī)、智能手表、筆記本電腦和電視上看到“紙電池”的應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的電池和電容器不同，這種“紙電池”不含有任何有害化學(xué)物質(zhì)或重金屬，而且能夠防水。據(jù)介紹，這種“紙電池”的性能已經(jīng)創(chuàng)下了4個(gè)世界紀(jì)錄，包括：最高的有機(jī)電子電荷與電容量(分別為1庫倫和1法拉);測得最高的有機(jī)電導(dǎo)體電流(1安培);最高的同時(shí)進(jìn)行的離子和電子能量;最高的晶體管跨導(dǎo)。

目前擺在研究人員面前的挑戰(zhàn)是，如何在工業(yè)規(guī)模上制造這種“紙電池”。不久前，研究團(tuán)隊(duì)從瑞典戰(zhàn)略研究基金會(huì)獲得了3400萬克朗(約合3700萬歐元)的資助，以開發(fā)制造紙電池的機(jī)器。

“紙電池”是近期開發(fā)環(huán)境友好型能源的眾多嘗試之一。本月早些時(shí)候，電化學(xué)能源儲存網(wǎng)絡(luò)(Electrochemical Energy Storage Network)和法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)的科學(xué)家開發(fā)出了一種以鈉為原料的電池原型機(jī)。

比起目前常用的鋰，鈉不僅更加豐富(因而更加廉價(jià))，而且能儲存更多的電能，充電更快，使用壽命也更長。據(jù)報(bào)道，這些新電池的能量密度大約為90瓦時(shí)每千克，大約相當(dāng)于現(xiàn)代電池的一半，可以和最早的鋰離子電池相比，其能量潛力是鉛酸汽車電池的兩倍。

科學(xué)家稱，這種新技術(shù)將帶來“無可比擬的能量表現(xiàn)”，其能量密度將能與鋰離子電池相媲美，但壽命延長了兩倍。在測試中，這種新電池能夠在至少2000次充、放電之后依然沒有損耗。