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碳纳米管助纸张“摇身”变电池

作者:中国储能网新闻中心 来源:综合报道 发布时间:2012-10-12 浏览:
     中国储能网讯:纸张除了做成绚丽多彩的杂志封面,打印枯燥的技术报告,还可以有其他用途吗?当然有,如今一项新技术能把看似普通的纸张变成轻巧又廉价的电池原料。
 
  碳纳米管大显身手
 
  近日,美国斯坦福大学的材料科学家崔易和他的同事们,发明了一种神奇的纸张电池。他们在墨水中添加了单壁碳纳米管,这种碳纳米管是一种可以导电的管状物,直径仅为十亿分之一米。随后,他们将这种墨水涂在普通复印纸表面,并将吸收了含有碳纳米管墨水的纸张连接到正负电极上,其中负极由锂锰氧化物组成,正极既可以由纳米粉体的锂钛氧化物组成,也可以由覆盖了硅的碳做内核的纳米线体组成。然后将这种电池浸入含有六氟磷酸锂电解液的溶液中,并密封装入小袋子中。在这种结构中,纳米管可从每一个电极中收集电流。通过使用含有碳纳米管的墨水,雪白的普通办公用纸“摇身一变”成为了有效的电力储存设备。
 
  这一新技术的主要优点在于大大减轻了电池的重量。研究人员曾尝试了多种方法减轻电池重量,其中包括使用含有薄膜材料的油墨做墨水。最终他们选择了在墨水中添加碳纳米管。
 
  纸张因其多孔的微观结构能够很好地吸收墨水,同时造纸技术也已经完善。除此之外,纸张还可以取自可再生资源,因此,这项“纸张变电池”的技术就显得很有意义。美国伊利诺伊大学的材料科学家约翰·罗格说:“这为高端与低端技术的结合提供了一个良好的例证。”
 
  与常规电池并无两样
 
  另据美国国家科学院院刊提供的信息,这种纸张电池在储存电力和充电循环寿命方面与常规蓄电池并无两样。实验结果显示,将碳纳米管纸与常规充电电池相结合,最多能够将电池重量减轻20%。
 
  不要小看这区区20%的重量,它不仅可以令制造电动汽车和混合动力汽车变得更加可行,还能够带动需要更久待机时间的移动电话、笔记本电脑以及其他一些便携式电子产品的发展。麻省理工学院的材料科学家弗朗西斯·斯泰拉奇说:“这种廉价、灵活又轻薄的电池会给便携式电子产品带来一场革命。” 
 
  该纸张电池的发明人崔易表示,在更广阔的领域中,这种电池还能以低廉的价格协助太阳能、风能电场来储存所生产的电力。崔易和他的同事们指出,由于碳纳米管与纸张结合紧密,不再需要粘合剂,既增强了性能,又显著降低了生产的成本。另外,这种纸张电池可被任意折叠和卷曲,而不会影响其充电的功能,并且能够很容易地被压成薄片装入电脑,为设备充电。该纸张电池的研究小组还提出,这种电池的技术也极其易于推广进行批量生产,并且如果需要,甚至可以用刷子来为纸张刷上墨水。
 
  纸张电池并非首创
 
  据悉,崔易及其研究小组的发明并非首创,但却是近年来出现的纸张电池系列中最新的。2007年,纽约伦斯勒理工学院的生物高聚物专家罗伯特·林哈特和他的同事们制造的电池,采用多壁碳纳米管与纸张混合作为负极,用锂金属薄膜做正极,锡箔片作为电流载体。他们用汗水或是血液作为电解液进行实验,希望以此证明这种纸张电池可以植入生物体。
 
  瑞典乌普萨拉大学的纳米科学家玛丽亚·斯特洛美等人也用海藻生产的纸张制造了电池。由于这种纸张的表面积是木制纸张的100倍,因此能够承载更多的电量。
 
  但是,新型纸张电池的缺点是其电阻过大。研究数据表明,这种电池的电阻是采用金属薄片做电流载体的常规电池的10倍甚至更多,这会减缓电流的传输。但是崔易表示,他们在设备中加入了金属纳米线降低电阻。
 
  影响这些发明的另一个主要原因是目前碳纳米管昂贵的价格。不过崔易认为,随着产量的上升,碳纳米管的价格将会慢慢下降。
 
  背景链接
 
  碳纳米管(Carbon nanotubes)又名炭黑。与金刚石、石墨、富勒烯一样,是碳的一种同素异形体。
 
  碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子,按照管子的层数不同,分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细,只有纳米尺度,几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽,碳纳米管的名称也因此而来。
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