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[2012.06.02] 木质电池

2012-6-3 08:16| 发布者: migmig| 查看: 5307| 评论: 0|原作者: 悠悠万事97

摘要: 能源:或许可以利用造纸厂废液制造集高效与低成本于一身的”电网级“电池
【导读】风能与太阳能发电的最大问题是间断性。用电池储电是解决这一问题的良方,但十分昂贵,无法实用。科学家发明了利用造纸厂废液制作的便宜阴极,而电池的电解液本来就很便宜。如果再能找到制造便宜阳极的方法,风能与太阳能发电的春天就可能到来。

Monitor

科技季刊:2012年第二季度

木质电池


能源:或许可以利用造纸厂废液制造集高效与低成本于一身的”电网级“电池


Jun 2nd 2012 | from the print edition

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Mar 22nd 2012, 18:02 by The Economist online

风能与太阳能发电装置的造价每年都在持续下降,因此使用它们的主要问题不是成本,而是无法持续发电。在无风天气和太阳下山之后,要向输电网供电必须在大风天和阳光充沛时贮存多余的电能。而现在这样做成本很高。

但如果有制造电池的大量廉价材料,这种状况或许可以改变。因此,事实或许会证明,波兰波兹南工业大学的格则哥尔兹•米尔查勒克与瑞典林雪平大学的欧勒•英伽纳斯本周在《科学》杂志上发表的工作是很重要的;因为这两位研究人员提出,可利用造纸厂废料制造电池的三大组成部分之一阴极。

任何一个电池都由三部分组成:阴阳电极和电解质。质子(即氢的原子核)等正离子在电解质内从阳极流向阴极,形成电流;同时,带负电荷的电子流经外电路形成平衡电流。人们可以在电子回归电池之前利用它们做有用功。给电池充电的一种方法是用来自太阳能电池的电流将电子沿相反途径送回,这也会把正离子拉回原处。

电解质经常是用简单而又大量存在(因此很便宜)的化学物质制成的。但电极并非如此。它们通常要用铅、锌、镍或锂这类金属制造,这些金属的价格不便宜,因此让电网级电池的价格极为昂贵,无法实用。制造便宜的电极是向制造实用电网级电池跨出的重大一步,而米尔查勒克与英伽纳斯两位博士希望他们已经在制造阴极方面完成了这一步。

良好的阴极材料必须能够大量接受并储存以正离子与电子形式存在的电荷。木质素是木头的两大主要成分之一,经改良后它可以做到这一点。而且木质素很便宜。造纸需要的是木头的另一主要成分纤维素,因此人称棕液或黑液的造纸厂废水主要是水和木质素。

米尔查勒克博士与英伽纳斯博士认为木质素分子是阴极的良好材料,因为它们富含苯酚,而苯酚能很容易地转变成与它结构类似的化学物质醌类 [注]。起关键作用的成分就是醌类。醌类与另一种叫做聚吡咯的化学物质结合后能提供阴极需要的电子与质子的受体。聚吡咯不像木质素那么便宜,但跟金属比起来不算贵。

事实确实如此。两位研究者的实验结果表明,木质素-聚吡咯的聚合物确实是一种高效阴极,能储存大量电荷。现在当然还只是初级阶段。但如果有人能发明同样便宜的阳极,则木质电池的时代可能就会开始,这同样也将是无间断的可靠替代能源的时代。

[注] 苯酚与醌类都不是原子团而是化合物,其中苯酚只有一种,而醌类是一族多种化合物,两者结构类似。原文将苯酚称为phenols,将苯酚和醌类都称为chemical groups,译者认为是不对的。现译者以自认为正确的中文方式译出,特此注明。

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