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。將一塊木頭裹上錫,就可以制作微小、長效的電池。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。木頭的成本低,材料到處可見,能用來存儲大量能源。
美國馬里蘭大學的李騰(Teng Li)和胡良斌(Liangbing Hu)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。
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。
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(zhì)纖維組成,一旦吸入礦物質(zhì)豐富的水,它就成為存儲液體電解質(zhì)的理想材料,它可以成為電池的基礎(chǔ),同時又是活動部分。”
鋰和鈉的化學性質(zhì)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(fā)出商業(yè)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(jīng)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(huán)的充放電??刂平M則是以銅薄片制成的類似電池。
木質(zhì)電池并不完美;其初期容量為339 mAH/g,但在400次循環(huán)充放電之后,只剩145 mAH/g。不過,以初步開發(fā)的原型來說已經(jīng)算相當不錯,而且表現(xiàn)遠超過銅框電池;銅框電池的初期容量為50 mAH/g,100次循環(huán)充放電之后便降至22 mAH/g。
當然,短時間內(nèi)你的手機和筆電里應該不會出現(xiàn)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(fā),這些電池可用來儲存太陽能發(fā)電站的電力。