“超級電池”：榴蓮電池充電30秒、鉆石電池體積小超長壽命！

雖然胡良兵研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測稱木質(zhì)電池未來可用于便攜式電子設(shè)備以及大規(guī)模能源存儲，但當(dāng)前此項(xiàng)技術(shù)還無法對筆記本電腦進(jìn)行充電，仍在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試驗(yàn)證。目前，木質(zhì)電池充電速度相對較快，一臺配備木質(zhì)電池的電子設(shè)備經(jīng)過100次充電，僅能維持初容電容量的61%。

目前，應(yīng)用于電池的木質(zhì)材料寬度和長度僅幾厘米，但未來可將電池堆疊或者連接在一起，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的應(yīng)用，這將最終用于家庭或者其他建筑的能源存儲。

如果不妥善處理，電池中的化學(xué)物質(zhì)和重金屬會在腐蝕過程中泄漏到自然環(huán)境中。

事實(shí)上，鋰并非現(xiàn)代電池唯一使用的金屬，大多數(shù)電池還在負(fù)極使用鈷和鋰，但是鈷礦開采會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對礦區(qū)附近居民構(gòu)成健康威脅，并嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。目前非洲部分國家使用童工開采鈷礦，尤其是剛果民主共和國，這個國家擁有世界50%以上的鈷礦資源。

“剛果有一個普遍現(xiàn)象，幾乎每個礦工都是帶著孩子去挖鋰礦?！泵绹轮蒉r(nóng)工大學(xué)化學(xué)工程師喬蒂·魯特肯浩斯說。該現(xiàn)象激發(fā)她利用蛋白質(zhì)開發(fā)“血液電池”的替代品，蛋白質(zhì)是生物體制造并使用的復(fù)雜分子，電池正極一般是由石墨制成，而負(fù)極則是由含有鈷等元素的金屬氧化物制成，如果這兩種活性電極都能用有機(jī)材料替代，就意味著未來不再需要大量開采鈷，用于制造電池。

目前，每年出售的15億部鋰離子電池智能手機(jī)中，僅有大約5%手機(jī)的鋰離子電池被回收。

據(jù)悉，喬蒂與同事凱倫·伍利合作開發(fā)蛋白質(zhì)電池，這是世界上首個在酸液中自行降解的電池，這意味著它很容易分解并再次使用。

雖然蛋白質(zhì)電池還處于概念驗(yàn)證階段，還無法與鋰離子電池產(chǎn)生競爭，蛋白質(zhì)電池在報(bào)廢之前，可循環(huán)充電50次，提供1.5伏電源，但這是一個令人興奮的設(shè)計(jì)，證實(shí)未來新型電池將具有可持續(xù)性應(yīng)用。

超級水果電池：榴蓮電池充電僅需30秒

目前，一支創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)不僅找到電池提供動力新方法，還能解決食物浪費(fèi)的問題。澳大利亞悉尼大學(xué)化學(xué)工程師文森特·戈梅斯和拉博納·沙布南正在將世界上最臭的水果榴蓮和最大的水果菠蘿蜜的廢料變成超級電容器，能夠在短短幾分鐘內(nèi)對手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦充電。

“我的妻子受不了這種惡臭氣味，她在冰箱里將榴蓮放一晚上就無法忍受，隨后將殘留的榴蓮拿出來?！备昝匪勾蛉さ?。

超級電容器是儲存能量的另一種方式，它們就像蓄水池一樣，能夠快速充電，然后在爆炸過程中釋放能量，它們往往是由石墨烯等昂貴材料制成的。但是戈梅斯的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將榴蓮和菠蘿蜜中不能食用的物質(zhì)變成了碳?xì)饽z—;—;多孔超輕固體結(jié)構(gòu)，其具特殊的自然能量存儲特性。

榴蓮以其難聞的氣味而聞名，但它可以成為新一代超級電容器的材料，“榴蓮電池”充電僅需30秒。

加熱榴蓮或者菠蘿蜜，冷凍干燥處理，再將水果中不能食用的海綿核心結(jié)構(gòu)在烤箱1500攝氏度以上高溫烘烤，最終這些黑色、高多孔、超輕結(jié)構(gòu)可制成低成本超級電容器的電極。

超級電容器充電僅需30秒，并應(yīng)用于諸多電器設(shè)備。沙布南說：“能在不到1分鐘內(nèi)對手機(jī)充電是不可思議的事情！我們的目標(biāo)是使用這些可持續(xù)性超級電容器存儲可再生能源的電能，供汽車和家庭使用。”

此外，使用榴蓮、菠蘿蜜作為超級電容器還具有很好的環(huán)保用途，由于該水果氣味特殊，全球超過70%以上的榴蓮?fù)ǔ１粊G棄。2018年，榴蓮氣味曾導(dǎo)致印度尼西亞一架航班客機(jī)暫時(shí)停飛；2019年，澳大利亞堪培拉大學(xué)圖書館因出現(xiàn)吃剩的榴蓮，而進(jìn)行了人群疏散。在這項(xiàng)研究最初階段，戈梅斯的妻子也非常厭惡榴蓮的惡臭氣味，榴蓮在冰箱中放了一晚上，就被清除丟棄。

其他類型的植物廢料未來也可作為電器設(shè)備供電材料，俄羅斯莫斯科國立科技大學(xué)物理化學(xué)家米哈伊爾·阿斯塔霍夫?qū)⒇i草轉(zhuǎn)化為一種可用于手機(jī)充電的超級電容器原材料，據(jù)悉，在日常生活中豬草并沒有太大的利用價(jià)值，它含有使人體皮膚起泡的有毒液體。

人造鉆石電池：體積小，超長使用壽命！

雖然克服鋰離子電池環(huán)保問題是最終可以解決的，但是一些專家正在深入研究，試圖突破其他材料的局限性。英國布里斯托大學(xué)材料科學(xué)家湯姆·斯科特認(rèn)為，下個世紀(jì)鋰離子電池仍然占據(jù)電池主流地位，但在極端環(huán)境下會采用一些特殊儲存能源的材料。

近年來，斯科特和研究同事一直致力于研制鉆石電池，通過種植含有放射性碳-14的人造鉆石，他們可以制造出“貝塔電流電池（betavoltaic batteries）”，它可以產(chǎn)生恒定電流，并能持續(xù)使用幾千年時(shí)間。鎖定在人造鉆石晶格內(nèi)的放射性同位素在核衰變時(shí)會釋放超高能量電子。通過人造鉆石可產(chǎn)生電子，用于制造電流。他們強(qiáng)調(diào)稱，在鉆石電池的外部層面，其輻射指數(shù)保持在安全等級之內(nèi)。

現(xiàn)在該研究團(tuán)隊(duì)已制造一個“鉆石電池”原型，他們將人造鉆石放置在同位素鎳-63產(chǎn)生的放射場中，觸發(fā)電子穿過鉆石。目前他們正在研制如何在核電站從石墨塊中提取碳-14，斯科特和同事希望將這些核廢料轉(zhuǎn)化為使用壽命較長的電池。

斯科特同事索菲·奧斯伯恩說：“長期以來，我們一直在收集核廢料，現(xiàn)在我們不再談?wù)撻L期儲存的問題，而是將它們用于發(fā)電?！?/p>

雖然像鋰離子電池這樣的化學(xué)電池不適用于高溫環(huán)境，而鉆石電池能挑戰(zhàn)一些極端環(huán)境，具有一定的優(yōu)勢，例如：應(yīng)用于空間環(huán)境、海洋底部、火山頂部等，它將成為保障衛(wèi)星電源和傳感器正常運(yùn)行的最佳電池。

為衛(wèi)星或國際空間站更換電池不是一件容易的事，因此更持久的儲能電池將是一個優(yōu)勢，未來“人造鉆石”電池將有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

“人造鉆石電池另一大優(yōu)勢是體積很小，目前研究人員已制造出1.8伏的鉆石電池，它類似于一塊AA電池，盡管其電流要低很多。從技術(shù)上講，人造鉆石電池是可以充電的，但需要在反應(yīng)堆堆芯中放置幾個小時(shí)才能達(dá)到額定功率，雖然放射性物質(zhì)衰變時(shí)會產(chǎn)生穩(wěn)定電流，這意味著它們能持續(xù)使用很長一段時(shí)間，碳的半衰期為5730年。”

盡管這種新型電池是由“鉆石”制成，但它們的成本并不貴，斯科特說：“你會驚訝地發(fā)現(xiàn)人造鉆石價(jià)格很便宜?！?/p>

他認(rèn)為，未來10-20年，我們甚至可以看到超長使用壽命的鉆石電池，它們可作為煙霧報(bào)警器或者電視遙控器的電源，也可能應(yīng)用于助聽器或者心臟起搏器等醫(yī)療設(shè)備。未來我們可能不用在半夜更換煙霧報(bào)警器失效電池感到痛苦了。（葉傾城）