電池依靠電化學(xué)反應(yīng)工作,每一個(gè)電池包含兩個(gè)電極(陰極和陽極),這兩個(gè)電極浸沒在電解液中。目前廣泛應(yīng)用于手機(jī)和手提電腦中的鋰電池的陽極由碳組成,陰極由氧化鋰鈷組成,其溶在含有鋰鹽的有機(jī)電解液中。當(dāng)電池被通上電時(shí),電子朝陰極進(jìn)發(fā),迫使帶正電的鋰離子遠(yuǎn)離陰極,進(jìn)入陽極,當(dāng)電池放電時(shí),電流讓鋰離子離開陽極返回到陰極。
瑞典烏普薩拉大學(xué)的阿爾伯特·米蘭因和同事發(fā)明的電池由海藻中提取的纖維素制成(紙張是由樹木或者棉花中提取的纖維素制成)。海藻纖維素的纖維更加纖細(xì),會使電池的表面積更大,使其能夠存儲更多電荷。
然而,纖維本身并不能導(dǎo)電,米蘭因團(tuán)隊(duì)使用了一種常見的導(dǎo)電聚合物聚吡咯(polypyrrole)來包住纖維。聚吡咯通常為無定型黑色固體,不溶不熔,在200℃時(shí)會分解,能導(dǎo)電。研究人員將其浸入海藻纖維中,產(chǎn)生了一個(gè)能夠?qū)щ姷幕旌衔铩=又,他們在這種合成物中制造出新電池的兩極,用浸過鹽水的濾紙作為電解質(zhì)。
這種新型電池由兩個(gè)纖維素電極及夾在其間浸過鹽水的濾紙構(gòu)成,看起來就像一個(gè)三明治,兩個(gè)纖維素電極位于兩塊載玻片之間。兩極上附有鉑帶與外界形成導(dǎo)電接觸。在聚吡咯內(nèi)發(fā)生的化學(xué)變化存儲和釋放電量,分子在其中以兩種形態(tài)存在,也就是術(shù)語所稱的“氧化狀態(tài)”和“還原狀態(tài)”,當(dāng)這兩種狀態(tài)的分子形成回路時(shí),即產(chǎn)生電流。該電池可在幾秒內(nèi)完成充電,而且充放電100次后的性能也不會出現(xiàn)較大的損耗。
米蘭因博士正在為這種科技成果尋找商業(yè)“娘家”。目前,海藻電池的效率僅為鋰離子電池的三分之一,其雖然還不能替代鋰電池,但也有獨(dú)特的用武之地,既可用于帶有小型無線電裝置的行李標(biāo)簽,利用發(fā)出的信號讓行李監(jiān)管者追蹤到行李的位置;也可用于“智能”包裝材料,比如帶電子顯示屏的包裝盒。另外,米蘭因博士的電池也可為最近研制成功的紙基晶體管組件充電。