對于風能和太陽能來說,當前最主要的問題不是它們的成本(近幾年成本已經(jīng)下跌到可以接受的地步了),而是它們的供能具有間歇性。也就是說,要想在無風和日落后向電網(wǎng)輸電,就得在大風和日照時存儲電能,但目前成本相當昂貴。
也許采用大量廉價的材料做電池可以轉變現(xiàn)狀,這也是Grzegorz Milczarek(波蘭波茲蘭工業(yè)大學)和Olle Inganas(瑞典林雪平大學)這周發(fā)表在《科學》雜志上的論文受到矚目的原因。這兩位研究人員瞄準了電池的三組件之一——陰極,即用造紙廠的廢液來代替。
任何電池都包含兩個電極(陰極和陽極)和電解質。電流可以以陽離子的形式(比如質子,也就是氫原子的原子核)經(jīng)過電解質從陽極流到陰極,以平衡電子的電流,同時電子以同樣的方式流過外部電路,在電子流回到電池前,它還可以做一些有用功。在充電過程中,比如在太陽能電池提供電流的作用下,電子會被推向相反方向,同時離子被還原。
電解質通常由大量簡單易得的化學物質組成(所以通常很廉價),但電極卻不是,它一般由金屬構成(比如鉛、鋅、鎳或鋰),這將使電網(wǎng)的電池組異常昂貴,所以制作低成本電極對電網(wǎng)電池組來說將是一個重大的突破,這也是Dr Milczarek 和 Dr Inganas希望這種陰極能夠成功的原因。
良好的陰極材料必須能夠大量地以陽離子或者電子的形式存儲電能。木質素作為木頭的兩大組份之一,改良之后具有良好的潛質,并且木質素非常廉價。而紙的主要成分是纖維素,也就是木頭的另一種組份,所以從造紙廠里排出的那些黑色或棕色廢液,其主要成分就是木質素。
Dr Milczarek 和 Dr Inganas認為,木質素分子適合做陰極是因為他們含有大量的酚類,這些酚類很容易轉變成醌類,而醌類在這里就是至關重要的成分,因為它能與聚吡咯結合,提供陰極所需的質子和電子受體。聚吡咯雖不像木質素那么便宜,但和金屬比起來還是比較經(jīng)濟的。
兩位研究人員已通過測量證實,木質素-聚吡咯陰極確實是一種有效的陰極,能夠大量的存儲電能,但很明顯,這還不夠,如果能夠再找到一種同樣廉價的陽極的話,那么高可靠、不間斷的可替代能源——木頭電池時代也許就會來臨。