紙電池

　　1簡介

　　當(dāng)前，電池(battery)重量與壽命一直阻礙電動(dòng)汽車與貨車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。而這種紙電池可用來給電動(dòng)車或混合動(dòng)力車等提供動(dòng)力，有助減輕電子產(chǎn)品的重量，延長產(chǎn)品壽命，以后還有可能帶動(dòng)紙質(zhì)電子產(chǎn)品的問世。

　　科研人員在研究報(bào)告中表示：利用成熟的紙張技術(shù)，將可傳導(dǎo)的紙用作集電器和電極，創(chuàng)造出了一種低成本、輕質(zhì)且高效的能源儲(chǔ)備途徑。

　　斯坦福福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)助理教授、研究報(bào)告的作者之一崔屹說：社會(huì)確實(shí)需要低成本、高效能的能源儲(chǔ)存設(shè)備，例如電池與簡單的超級(jí)電容器等。有朝一日，紙電池可能用于手提電腦、手機(jī)或太陽能板。

　　2特色

　　用于紙電池的納米材料是很特別的，是直徑極小的一維結(jié)構(gòu)，有助納米材料制成的墨水緊緊粘在紙張上，令電池和超級(jí)電容器非常耐用，紙電容器壽命可能長達(dá)4萬個(gè)充電和放電周期。

　　與傳統(tǒng)電池相同，這種新型電池的組成部分也包括電極、電解液和隔離膜。具體而言，這種新型的紙電池是由植入了電極和電解液的纖維素紙構(gòu)成，其中纖維素紙就起到了隔離物的作用。電極分別是加入纖維素中的碳納米管和覆蓋在纖維素制成的薄膜上的金屬鋰；而電解液就是六氟磷酸鋰溶液。美國倫斯勒理工學(xué)院的科學(xué)家就是通過把電池的三部分綜合到薄薄的一張紙上，而制成了這種新型紙電池。

　　研究顯示，在2伏的電壓下，這種新型紙電池每克能產(chǎn)生10毫安的電流。據(jù)介紹，這種新型的電池除了制作方法創(chuàng)新外，還具有很多重要的特性，比如說柔韌性。這種新型的紙電池由于成分主要是纖維素，因此保持了紙的一些特性，具有較好的柔韌性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，這種電池對(duì)溫度的適應(yīng)能力相當(dāng)強(qiáng)，在-70℃至150℃的溫度區(qū)間都能正常使用。

　　3前景

　　這種紙電池與傳統(tǒng)電池相比，在儲(chǔ)存能源和充電周期壽命方面的表現(xiàn)一樣良好。實(shí)驗(yàn)顯示，將碳納米管紙張放入傳統(tǒng)充電池，可減少20%重量。加州大學(xué)伯克萊分校化學(xué)教授楊培東認(rèn)為，這種技術(shù)可在短期內(nèi)商業(yè)化。

　　4優(yōu)點(diǎn)

　　由美國倫斯勒理工學(xué)院的幾位科學(xué)家研制出來的一種薄如紙片，可剪裁、能折疊的輕型“紙電池”引起了人們的關(guān)注。認(rèn)為，由于這種紙電池具有諸多的性能，因此將會(huì)成為一種新型的能源存儲(chǔ)設(shè)備。

　　這種電池避免了傳統(tǒng)電池會(huì)產(chǎn)生的金屬、鋰及堿性化合物泄漏問題，對(duì)環(huán)境無害，可作為一般的家庭廢物加以處理。開發(fā)公司表示，這種電池價(jià)格也十分便宜，當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)時(shí)，售價(jià)僅為一美分。

　　Enfucell公司首席技術(shù)官、華人科學(xué)家張霞昌博士是這種紙質(zhì)電池的主要研發(fā)者。張霞昌介紹說，這種電池可作為智能卡、音樂賀卡和電子報(bào)紙等的電源，并可用于RFID（射頻識(shí)別）電子標(biāo)簽。隨著RFID技術(shù)的迅速發(fā)展，這種紙質(zhì)電池的潛在市場未來有望達(dá)到幾十億美元。

　　那么，這種新型紙電池會(huì)對(duì)我們的生活產(chǎn)生怎樣的影響？它的發(fā)展空間到底有多大？這些話題或許還有待科學(xué)家們的進(jìn)一步探討。

　　5新型

　　將來有一天，輕型電池可以用普通的紙生產(chǎn)，為目前正在使印刷品慢慢消失的電子郵件、電子書和網(wǎng)絡(luò)新聞等的發(fā)送和閱讀裝置供電。

　　美國加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的科學(xué)家日前在報(bào)告中說，他們已經(jīng)成功地把涂上一層銀碳納米材料的紙轉(zhuǎn)變成“紙電池”，有望成為一種全新的輕型高效蓄能的方法。幫助涂層附著在紙上的同一特性使它附著在單壁碳納米管和鍍銀納米線薄膜上。初步的研究發(fā)現(xiàn)，利用硅納米線制成的電池，效率是用來給筆記本電腦等裝置供電的鋰離子電池的10倍。

　　科學(xué)家在發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的一篇論文中說：“利用成熟的造紙技術(shù)，通過把具有傳導(dǎo)性的紙作為集電器和電極，可以制成低成本、輕薄和高效的蓄電儀器。”

　　人們可以利用這種電池為電子儀器或者混合動(dòng)力車供能。利用這種電池，電子儀器會(huì)變得更輕，持續(xù)時(shí)間更長，而且有一天可能會(huì)產(chǎn)生紙電子產(chǎn)品。電池的重量和壽命是電力車和貨車在商用發(fā)展方面遇到的一大障礙。

　　斯坦福大學(xué)原料科學(xué)及工程學(xué)副教授和這篇論文的聯(lián)合作者崔義(Yi Cui)說：“我們的社會(huì)確實(shí)需要一種低成本、高能蓄能設(shè)備，例如電池和簡易超級(jí)電容器等。”崔藝表示，除了便攜電子儀器和佩戴式電子儀器可以使用它以外，“我們的紙超級(jí)電容器還可應(yīng)用到所有需要瞬時(shí)大功率能量的設(shè)備上。由于我們的紙電池和超級(jí)電容器的成本很低，它們還適用于并網(wǎng)能量儲(chǔ)備。”加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)教授楊培東(Peidong Yang)表示，該技術(shù)會(huì)在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

　　6取代

　　一些報(bào)道稱，這種新型紙電池有望替代消費(fèi)電子用品領(lǐng)域常用的鋰電池專家對(duì)此將作如何解釋呢？

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系的孫克寧教授認(rèn)為，每一種電池都是根據(jù)不同的需要而特別設(shè)計(jì)和發(fā)明的。由于不同的電池有不同的特性，所以某一種電池不可能是萬能的，這種新型紙電池也不例外。

　　新型紙電池作為一種新概念電池，運(yùn)用前景肯定是有的。但是從公布的紙電池的生產(chǎn)方法上看，生產(chǎn)這種紙電池所需要的碳納米管的生產(chǎn)成本很高，不適合大批量生產(chǎn)，因此其實(shí)用性也是有限的。還只能把這種新型紙電池定位為一種探索性研究發(fā)明。由于工藝和其他方面的原因，它并不能替代廣泛使用的其他種類的電池，也不可能在短時(shí)間內(nèi)占有市場。

　　對(duì)于筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)乃至汽車都是一種理想的驅(qū)動(dòng)裝置。因?yàn)榭伤苄詮?qiáng)，這種電池甚至可以被做成車門的形狀。在驅(qū)動(dòng)微型醫(yī)療裝置(譬如心臟起搏器)方面有著其它電池不可比擬的優(yōu)勢。研究者正在努力降低紙電池的成本，期望未來能夠像印刷報(bào)紙那樣，利用印刷技術(shù)大量制造電池。

　　7進(jìn)展

　　電池可以像紙一樣。臺(tái)灣輝能科技公司自主研發(fā)的超薄柔性電池FLCB的厚度僅有 0.33mm，可以像紙一樣任意被裁減，而且穿刺、撕裂、撞擊、甚至槍擊都不會(huì)導(dǎo)致漏液。FLCB 還能耐高溫，1300 攝氏度高溫噴槍火燒它也不會(huì)起火或爆炸。預(yù)計(jì)年中上市。