未來紙質(zhì)電池或?qū)?yīng)用于細(xì)分化儲(chǔ)能市場(chǎng)

如今，研究人員開發(fā)并測(cè)試了一些可生物降解的紙質(zhì)電池，這種電池可以通過幾種方式使主流儲(chǔ)能技術(shù)受益。例如科學(xué)家開發(fā)了一種用紙和唾液制造電池的方法，但是不要指望這種電池為電動(dòng)汽車供電或取代鋰離子電池住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)。

據(jù)了解，紐約州立大學(xué)賓漢頓分校一個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種專為一次性應(yīng)用而設(shè)計(jì)的可生物降解紙質(zhì)電池，就像“AA電池”一樣。

該團(tuán)隊(duì)研究人員賓漢頓分校電氣和計(jì)算機(jī)工程系副教授Seokheun Sean Choi表示，“我們不會(huì)將這種電池與傳統(tǒng)電池進(jìn)行比較，因?yàn)槠鋺?yīng)用范圍不同。我們將用于生物傳感器這樣的低成本、低功耗應(yīng)用。”

該研究團(tuán)隊(duì)在今年6月發(fā)表在“高級(jí)可持續(xù)系統(tǒng)”雜志上的一篇論文中指出，“紙質(zhì)微生物電池可能是減少電子廢棄物急劇增加的絕佳方法”。

然而到目前為止，紙質(zhì)電池的發(fā)展進(jìn)步受到其低性能和可疑的生物降解性阻礙。

賓漢頓分校電池研究團(tuán)隊(duì)的研究理念就是在纖維素纖維的多孔親水網(wǎng)絡(luò)中使用聚酰胺酸和聚均苯四甲酸二酐-對(duì)苯二胺。

根據(jù)早期的研究，電池中的微生物燃料電池可以被水激活，例如唾液中含有的水。研究人員稱，該技術(shù)具有比以前報(bào)道的紙質(zhì)微生物電池高得多的功率成本比。

他們表示，這種生物電池可以在沒有特殊設(shè)施、條件或其他微生物進(jìn)行生物降解。Choi說，他們開發(fā)的電池能夠產(chǎn)生4微瓦的電力和每平方厘米26微安的電流。

粗略的計(jì)算表明，為了存儲(chǔ)或提供典型的6千瓦住宅太陽(yáng)能電池陣列的峰值輸出，大概需要大約150,000平方米的這種紙質(zhì)電池。如果設(shè)計(jì)成正方形，則其邊長(zhǎng)約為387米。

在理論上將紙張折疊八次，可以將其縮小到更便于管理的尺寸，即2.3平方米以下，這大約是紙張折疊次數(shù)的極限。

然而，很明顯，紙質(zhì)電池不會(huì)很快對(duì)鋰離子電池構(gòu)成威脅。“這是用于小功率應(yīng)用，如HIV生物傳感器，需要在使用后立即處理。”Choi證實(shí)。

雖然紙質(zhì)電池可能距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用還有一段距離，而且不太可能與鋰離子等主流技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，但它們可能在兩個(gè)方面適用于更廣泛的儲(chǔ)能市場(chǎng)：

一是它們可以擴(kuò)展儲(chǔ)能的設(shè)備范圍，從而可能提高電網(wǎng)靈活性。去年，英國(guó)一份關(guān)于電網(wǎng)監(jiān)管的文件建議應(yīng)將儲(chǔ)能裝置嵌入整個(gè)能源系統(tǒng)。紙質(zhì)電池可能潛在地將這種儲(chǔ)能容量擴(kuò)展到非常小的瞬態(tài)電力需求源，例如在一些醫(yī)療應(yīng)用中減少對(duì)插入式傳感器的需求。

二是廉價(jià)且可生物降解的紙質(zhì)電池可以提幫助減輕采用電氣化材料而造成的負(fù)擔(dān)。

雖然目前尚不清楚化石燃料向可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變是否對(duì)鈷等電池材料的供應(yīng)造成壓力，但毫無疑問，用紙制造電池可以緩解這種情況。

下一個(gè)未知數(shù)：生物電池的成本是多少？

由Choi和他的同事在2015年開發(fā)的火柴盒大小的紙質(zhì)生物電池成本為5美分。而如今，紙質(zhì)電池概念仍處于“科學(xué)研究水平”。Choi說，還需要進(jìn)行測(cè)試以確定細(xì)菌毒性、包裝、儲(chǔ)存和保質(zhì)期等基本特性。

這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助，并在賓漢頓分校的先進(jìn)傳感技術(shù)和環(huán)境可持續(xù)性研究中心內(nèi)開展。

今年7月，一家名為BillerudKorsnäs的瑞典包裝公司宣布與瑞典烏普薩拉大學(xué)合作開發(fā)紙質(zhì)電池，以幫助進(jìn)行包裝追蹤。“這種電池使用基于木纖維纖維素的電極，其目的是可以將電池與盒子一起回收，再重新制成盒子或紙質(zhì)電池。”該公司表示。