研究人員指出,該電池是根據(jù)電化學原理設計出來的。每個電池都有兩個電極,浸泡于電解液中。通常,鋰離子電池的陽極是碳,陰極是鋰鈷氧化物,電解液則為含有鋰鹽的有機溶液。電池充電時,電子會被吸入陰極,導致鋰離子離開陰極,進入陽極。電池放電時,離子的運動過程則正好相反。
米蘭彥在美國化學協(xié)會期刊《納米通訊》(NanoLetters)上詳細描述了纖維素電池。纖維素是紙的基本組成部分,主要從樹木或棉花中提取得來,但在實驗中使用的纖維素來源卻不同:由水藻提煉得來。米蘭彥解釋,他們選擇水藻是因為它們的纖維素更加纖細,這能進一步擴大電池表面積,從而改善電池的儲電性能。
但由于纖維素本身不導電,必須在纖維素表面涂上一層導電物質(zhì)。米蘭彥選擇了一種名為聚吡咯的聚合物,當它浸泡在海藻纖維素中之后便會與其結(jié)合,形成一種導電性能良好的物質(zhì)。然后,米蘭彥用這種物質(zhì)制造了電池的陰極和陽極。至于電解液,他使用的則是浸泡在濃鹽水中的濾紙。因此,整個電池的結(jié)構(gòu)便像是一張濾紙夾在兩個纖維素電極中間,而電極又被放在載玻片之中。用白金制成的條狀導線將電極與外部世界相連。通過化學變化釋放的電能則被儲存在聚吡咯中。在化學反應的過程中,分子一般以兩種狀態(tài)存在:“被氧化”或“被還原”狀態(tài)。而當參加化學反應的分子處于電路中時,便會有電流形成,在幾秒鐘之類對1伏特的電池完成充電,而且可以充放電數(shù)百次而不影響其性能。
米蘭彥目前正努力將該技術(shù)商業(yè)化。雖然目前來看水藻電池并不能完全替代鋰離子電池,但它能應用于一些比較適合的設備,如含有小型無線電設備的裝置等。值得一提的是,近日,一些其他的研究人員同樣用纖維素制造出了晶體管。米蘭彥發(fā)明的電池可以應用在這些電子產(chǎn)品之上。