可印可塑“纸电池”问世 中国纸网 新闻中心 中国纸业门户网站

日期:2020-07-30 11:30:16 作者:guest 浏览: 查看评论 加入收藏

  


左:电子显微镜扫描下的普通纸张;右:涂上碳纳米管墨水的纸张。

  纸张时候已经过气?据美国《连线》科学(Wired Science)报道,科学家们已经用近乎办公室普通用纸的纸张,加上一些碳和银的纳米材料,制成了电池和超电容器。

  这项研究结果拉近了人们与超轻型、可打印电池之间的距离,此类电池将有望制成模片,植入电脑、手机或太阳能电池板使用。该研究日前发表于《美国国家科学院学报》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。

  美国纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)研究员罗伯特·林哈德(Robert Linhardt)表示:“能量储备是解决能源问题的重要方面之一。”而这种基于纸张的电池设备性能优良。

  该成果联合研究人员、斯坦福大学助理教授崔屹(Yi Cui)解释说,“纸电池”之所以性能优良,主要是由于纸的多孔性:从纳米层次而言,纸好似纤维交错形成的矩阵。其宽广的表面积有利于墨水吸附,该种特性对于碳纳米管墨水同样适用。当碳纳米管墨水与纸张接触,碳纳米管可能正好利用静电力“紧紧吸附在(纸)纤维素上”。

  “纸电池”装置中,纸张就像是支架,而碳纳米管则充当电极,与电解液中的电解质发生反应。纳米管纸张组合使传统依靠金属的储能装置可以选用更轻型的材料进行存贮。

  研究员们通过以下程序来制作可弯曲、可卷折、可传导的纸张:首先准备两张已涂满碳纳米管墨水的纸张;然后将一张未经处理的纸放在这两张纸中间;最后将这三层纸放在电解液中。研究员们强调,传统上利用塑料薄膜制成的储能材料被胶带粘住再撕开时,上面的电解涂层就会被同时带走;而这种“纸电池”储能材料,用胶带粘住撕开,上面的碳纳米管墨水涂层不会被粘走。另外,使用银质纳米线也可以使纸张导电。

  据估算,涂有1千克碳纳米管墨水的“纸电池”(即导电纸),可以使一只40瓦功率的电灯泡持续发光1小时。因此,“纸电池”与传统基于塑料等材料的扁平储能装置相比,具有更高能效。此外,科学家们还利用导电纸来收集锂离子电池内的电流,为发光二极管供能。

  据崔屹介绍,尽管过去也发明了用纤维素作为可导电材料支架的方法,但此次还是第一次采用普通纸张作为导电材料。下一步要做的就是大规模推广这一技术。崔屹表示,这不会是个问题,因为造纸术、印刷术都已经很成熟。