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[组图]纸电池研制成功         ★★★
纸电池研制成功
作者:佚名 文章来源:www.science.com 点击数:1359 更新时间:2010-5-9 14:11:16

 

对未曾覆盖的纸纤维的电子显微扫描图像(大图)以及涂上一根碳纳米管后的纤维图像(小图)。
(图片提供:L. Hu et al., PNAS Early Edition

 

研究人员报告说,他们通过在标准的复印纸上印刷含有碳纳米管的墨水层,从而制成了电池以及其他能量储存装置。由此得到的高传导性纸张可以携带电荷,并且能够很容易地整合为一块具有柔韧性的电池。由于纸的成本很低,因此这一发明将有助于在电动车辆、风力发电厂,以及其他可再生能源中使用更为廉价的电池。

 

用纸制造重量轻且柔韧性好的电池的想法并不是什么新鲜事儿。由美国纽约州特洛伊市Rensselaer工学院的化学家Robert Linhardt领导的研究小组,最早于两年前开始在该领域的探索。他们制造了一种纤维素薄膜——这同样也是用做造纸的材料,并将其覆盖在具有传导性的碳纳米管的表面。这种做法试图将纤维素作为一种坚固耐用的结构材料来支撑电池的其他部分,进而制成一个电池,并且研究人员最终也实现了自己的想法。但这两种材料依然是分离的,甚至在折叠后便会裂开。

 

美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学的材料科学家Yi Cui曾经研究用塑胶以及其他薄膜层作为电池以及超级电容器——能够以静电荷的形式储存能量,而不必像电池一样经历化学反应——的结构支撑材料。但是塑胶层依然无法与置于表层的传导纳米管很好地连接起来。考虑到普通的复印纸所具有的多孔结构,Cui和他的同事开始寻思能否将纸变为纳米管的一种很好的支撑材料。

 

研究人员制造出一种能够悬浮在水和有机表面活性剂中的碳纳米管“墨水”。他们随后在烤箱中对印有这种墨水的纸进行了加热,旨在去除其中的水分。这样一来,纳米管便与纸纤维紧密地结合在一起,从而形成了一张具有高度传导性的纸,其功能即便是被卷起来也不会消失。研究小组随后将这些能够导电的纸制成了锂离子电池和超级电容器的元件。

 

研究人员在本周的美国《国家科学院院刊》网络版上报告说,这种纸电池的重量能量密度能够达到7.5Wh/kg。这尚无法达到铅酸电池的水平——后者约为30Wh/kg。但是由于碳纳米管的成本正在下降,并且纸很便宜又耐用,因此这一发明为能够大规模储存能量的更为廉价的电池的研制打开了一扇大门。

 

Linhardt表示:“这是一项相当具有创造性的发明,同时具有重要的意义。”他补充说,纳米管与纸纤维能够紧密结合的事实至关重要,这是因为它使得工程师现在几乎能够以任意形状制造电池。纸的强度还将有助于电池制造商减少他们用来制造电池的电极厚度——在许多情况下,人们往往用厚电极为电池提供结构支撑。并且这一研究成果减少了所需电极材料的数量,进而将进一步减少制造电池的成本。

 

文章录入:ahxchxjy    责任编辑:xchxjy 
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