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          木頭電池取代鋰電池?并非不可能

          如果要列出一份可作為高科技應用的先進材料,應該不會有人想到木頭會名列前茅。

          最近,美國馬里蘭大學的李騰(Teng Li)和胡良斌(Liangbing Hu)的實驗,或許能辦到這一點。他們的實驗顯示,若能有效運用木材,就能成功推出鈉電池,取代既有的鋰電池,大輻降低電池制作成本。

          將一塊木頭裹上錫,就可以制作微小、長效的電池。這并非不可能。但是,你千萬不要以為自己在家里就能做到。馬里蘭大學實驗用的組件,只有一張紙厚度的千分之一不到。

          納存儲的電量也比不上鋰,所以不要指望納電池能用在手機上,但是它的成本低,材料到處可見,能用來存儲大量能源。

          木質纖維的特寫

          胡良斌是大學材料科學助理教授,他說:“靈感來自于樹木。樹木由木質纖維組成,一旦吸入礦物質豐富的水,它就成為存儲液體電解質的理想材料,它可以成為電池的基礎,同時又是活動部分。”

          鋰和鈉的化學性質十分相似,只不過納離子的體積是鋰離子的5倍。這在制作電池時便成了一大問題,因為電池會讓離子在正負極之間穿梭,離子越大,穿梭時造成的傷害也越大,進而縮短電池的壽命,因此鈉無法用來制作電池。但工程師仍希望能研發出商業用的鈉電池,因為鈉的蘊藏量比鋰高出許多。

          李博士和胡博士想知道,若改用更柔軟的材料來制作電極的框架,是否能減低電極傷害。這類框架通常是以金屬制成,因此十分堅硬,但兩位研究者認為,經過處理的木材可以擁有同樣良好的傳導性,而且也能為不斷膨脹、縮小的電極提供更好的支撐。

          他們使用黃松木薄片進行測試。先用奈米碳管覆蓋在薄片之上以改善其傳導性,接著再在每塊薄片上加上一層錫;完成之后,將薄片放入含有鈉離子的電解液中,進行400次循環的充放電。控制組則是以銅薄片制成的類似電池。

          木質電池并不完美;其初期容量為339 mAH/g,但在400次循環充放電之后,只剩145 mAH/g。不過,以初步開發的原型來說已經算相當不錯,而且表現遠超過銅框電池;銅框電池的初期容量為50 mAH/g,100次循環充放電之后便降至22 mAH/g。

          當然,短時間內你的手機和筆電里應該不會出現木框電池,但那本來就不是兩位研究者的計劃。他們的研究將有助于大型鈉離子電池的開發,這些電池可用來儲存太陽能發電站的電力。

          附:

          1、胡良斌(Liangbing Hu)

          1997年至2002年就讀于中國科技大學應用物理系,獲理學學士學位。2007年獲加州大學洛杉磯分校(University of California at Los Angeles)博士。曾獲斯坦佛大學博士后,擔任過Unidym科學家。美國馬里蘭大學能源研究中心(UMERC)成員。主要關注的領域有:碳素納米管技術,太陽能電池,顯示屏,電池納米材料、薄膜電晶體、人造肌肉、燃料電池,專長于透明電極、涂層、封裝和晶體管。

          2、李騰(Teng Li)

          曾在哈佛大學、普林斯頓大學、清華大學求學,擔任過哈佛大學研究員、普林斯頓大學研究員,現在是馬里蘭大學助理教授。他獲得過哈佛大學工程科學博士。擅長于納米技術、機械學、材料科學、軟性電子。

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