对于风能和太阳能来说,当前最主要的问题不是它们的成本(近几年成本已经下跌到可以接受的地步了),而是它们的供能具有间歇性。也就是说,要想在无风和日落后向电网输电,就得在大风和日照时存储电能,但目前成本相当昂贵。
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也许采用大量廉价的材料做电池可以转变现状,这也是Grzegorz Milczarek(波兰波兹兰工业大学)和Olle Inganas(瑞典林雪平大学)这周发表在《科学》杂志上的论文受到瞩目的原因。这两位研究人员瞄准了电池的三组件之一——阴极,即用造纸厂的废液来代替。
任何电池都包含两个电极(阴极和阳极)和电解质。电流可以以阳离子的形式(比如质子,也就是氢原子的原子核)经过电解质从阳极流到阴极,以平衡电子的电流,同时电子以同样的方式流过外部电路,在电子流回到电池前,它还可以做一些有用功。在充电过程中,比如在太阳能电池提供电流的作用下,电子会被推向相反方向,同时离子被还原。
电解质通常由大量简单易得的化学物质组成(所以通常很廉价),但电极却不是,它一般由金属构成(比如铅、锌、镍或锂),这将使电网的电池组异常昂贵,所以制作低成本电极对电网电池组来说将是一个重大的突破,这也是Dr.Milczarek和Dr.Inganas希望这种阴极能够成功的原因。
良好的阴极材料必须能够大量地以阳离子或者电子的形式存储电能。木质素作为木头的两大组份之一,改良之后具有良好的潜质,并且木质素非常廉价。而纸的主要成分是纤维素,也就是木头的另一种组份,所以从造纸厂里排出的那些黑色或棕色废液,其主要成分就是木质素。
Dr.Milczarek和Dr.Inganas认为,木质素分子适合做阴极是因为他们含有大量的酚类,这些酚类很容易转变成醌类,而醌类在这里就是至关重要的成分,因为它能与聚吡咯结合,提供阴极所需的质子和电子受体。聚吡咯虽不像木质素那么便宜,但和金属比起来还是比较经济的。
两位研究人员已通过测量证实,“木质素-聚吡咯”阴极确实是一种有效的阴极,能够大量的存储电能,但很明显,这还不够,如果能够再找到一种同样廉价的阳极的话,那么高可靠、不间断的可替代能源——木头电池时代也许就会来临。
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