新浪科技■“超级电池”：榴莲电池充电30秒、钻石电池体积小超长寿命！新浪科技2020-08-03 10:18:580阅( 二 )

为了解决这个问题，德国卡尔斯鲁厄理工学院研究人员正在研究如何在电池正极使用不同金属，例如：钙或者镁。钙是地壳中含量第五大元素，不太可能像锂那样出现供应问题，但利钙改善电池性能的研究仍处于起步阶段。镁也显示出令人鼓舞的初步成效，特别是在能量密度方面，并且有很好的商业前景规划。
近年来，一些科学家正在积极寻找更容易获得的材料代替锂金属，美国马里兰大学材料创新中心主任胡良兵（音译）使用多孔木片作为电极，制造了一种电池，金属离子在里面反应产生电荷。木材存量丰富，成本低，重量轻，在电池应用中显示出高性能潜力。目前，经过多年研制的最新电池可使用木材存储电能，其中包括木材纤维上涂锡，由于木材曾作为木本植物能够渗透传递养分，因此木材制成的电极具有存储金属离子的能力，不会像锂离子电池那样出现膨胀或者收缩的危险。
“刚果有一个普遍现象，几乎每个矿工都是带着孩子去挖锂矿。 ”
虽然胡良兵研究团队预测称木质电池未来可用于便携式电子设备以及大规模能源存储，但当前此项技术还无法对笔记本电脑进行充电，仍在实验室进行测试验证。目前，木质电池充电速度相对较快，一台配备木质电池的电子设备经过100次充电，仅能维持初容电容量的61% 。
目前，应用于电池的木质材料宽度和长度仅几厘米，但未来可将电池堆叠或者连接在一起，实现更大规模的应用，这将最终用于家庭或者其他建筑的能源存储。

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图3/6如果不妥善处理，电池中的化学物质和重金属会在腐蚀过程中泄漏到自然环境中。事实上，锂并非现代电池唯一使用的金属，大多数电池还在负极使用钴和锂，但是钴矿开采会产生有毒物质，对矿区附近居民构成健康威胁，并严重破坏生态环境。目前非洲部分国家使用童工开采钴矿，尤其是刚果民主共和国，这个国家拥有世界50%以上的钴矿资源。
“刚果有一个普遍现象，几乎每个矿工都是带着孩子去挖锂矿。 ”美国德州农工大学化学工程师乔蒂·鲁特肯浩斯说。该现象激发她利用蛋白质开发“血液电池”的替代品，蛋白质是生物体制造并使用的复杂分子，电池正极一般是由石墨制成，而负极则是由含有钴等元素的金属氧化物制成，如果这两种活性电极都能用有机材料替代，就意味着未来不再需要大量开采钴，用于制造电池。
目前，每年出售的15亿部锂离子电池智能手机中，仅有大约5%手机的锂离子电池被回收。
据悉，乔蒂与同事凯伦·伍利合作开发蛋白质电池，这是世界上首个在酸液中自行降解的电池，这意味着它很容易分解并再次使用。
虽然蛋白质电池还处于概念验证阶段，还无法与锂离子电池产生竞争，蛋白质电池在报废之前，可循环充电50次，提供1.5伏电源，但这是一个令人兴奋的设计，证实未来新型电池将具有可持续性应用。
超级水果电池：榴莲电池充电仅需30秒
目前，一支创新团队不仅找到电池提供动力新方法，还能解决食物浪费的问题。澳大利亚悉尼大学化学工程师文森特·戈梅斯和拉博纳·沙布南正在将世界上最臭的水果榴莲和最大的水果菠萝蜜的废料变成超级电容器，能够在短短几分钟内对手机、平板电脑和笔记本电脑充电。
“我的妻子受不了这种恶臭气味，她在冰箱里将榴莲放一晚上就无法忍受，随后将残留的榴莲拿出来。 ”戈梅斯打趣道。
超级电容器是储存能量的另一种方式，它们就像蓄水池一样，能够快速充电，然后在爆炸过程中释放能量，它们往往是由石墨烯等昂贵材料制成的。但是戈梅斯的研究团队已经将榴莲和菠萝蜜中不能食用的物质变成了碳气凝胶——多孔超轻固体结构，其具特殊的自然能量存储特性。

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图4/6榴莲以其难闻的气味而闻名，但它可以成为新一代超级电容器的材料， “榴莲电池”充电仅需30秒。加热榴莲或者菠萝蜜，冷冻干燥处理，再将水果中不能食用的海绵核心结构在烤箱1500摄氏度以上高温烘烤，最终这些黑色、高多孔、超轻结构可制成低成本超级电容器的电极。
超级电容器充电仅需30秒，并应用于诸多电器设备。沙布南说：“能在不到1分钟内对手机充电是不可思议的事情！我们的目标是使用这些可持续性超级电容器存储可再生能源的电能，供汽车和家庭使用。 ”
此外，使用榴莲、菠萝蜜作为超级电容器还具有很好的环保用途，由于该水果气味特殊，全球超过70%以上的榴莲通常被丢弃。 2018年，榴莲气味曾导致印度尼西亚一架航班客机暂时停飞；2019年，澳大利亚堪培拉大学图书馆因出现吃剩的榴莲，而进行了人群疏散。在这项研究最初阶段，戈梅斯的妻子也非常厌恶榴莲的恶臭气味，榴莲在冰箱中放了一晚上，就被清除丢弃。
其他类型的植物废料未来也可作为电器设备供电材料，俄罗斯莫斯科国立科技大学物理化学家米哈伊尔·阿斯塔霍夫将猪草转化为一种可用于手机充电的超级电容器原材料，据悉，在日常生活中猪草并没有太大的利用价值，它含有使人体皮肤起泡的有毒液体。

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