为新一代电池点赞

　　石榴电池

　　往往在最重要的关头，你为单反相机准备的充电电池都不能支撑很久。经过多年的努力尝试后，来自美国斯坦福大学的一组研究人员终于取得了突破性的进展，他们创造出了新一代锂离子电池，采用高能效硅保存电量。

　　研发这种电池的灵感来源竟是一种水果———石榴。相比蓝莓，石榴果实的外皮具有更好的抗氧化能力，这种电池的特点也和石榴一样。

　　电池中硅的使用具有两面性。

　　这种脆弱的材料在充电过程中容易膨胀甚至破裂，也会与电池中的电解质发生反应，导致电路变得“黏糊”。不过，它也比现在的可充电硅锂离子多存储高达十倍以上的电荷量。

　　为了避免材料被撑破，研究人员从石榴籽的排布结构中汲取了设计灵感。他们在黄色碳外壳中放进了一种小到无法撑破的硅纳米，保证电池在充电时留有足够的膨胀空间，然后模仿石榴籽的排列方式设计结构，形成一个导电良好的无暴露硅结构体。

　　结果，具有石榴风格的新型几何结构体产生了令人振奋的充电能力。实验表明，即使1000次循环充放电后，这种电池依旧能够达到97%的高能效。

　　这种设计让硅阳极的体积变得更小、更轻、更强大，足够满足平板电脑或电动车等设备的持久电量续航。试想一下，如果你的智能手机今后可以一次充电就能达到比现在普遍满电情况下多出十倍的电量，生活是不是会更加美好呢？

　　不过，目前这一新技术仍待完善，投产商用还需再等待一些时日，所以你还得继续带着充电宝。

　　超级电池

　　不久前，美国研究人员公布了他们研制的一种新型电池，这种电池能在几秒内给手机甚至汽车充满电。

　　这种名叫微型石墨烯超级电容器的装置充电或放电速度比常规电池快100倍到1000倍。它由单原子层碳制成，不仅容易生产，也容易与电子产品结合，甚至有可能促使更小的手机诞生。

　　研制这种新的微型超级电容器时，研究人员采用两维碳片，即石墨烯，它在第三维只有单原子那么厚。该科研组还发现一种能够轻松生产这种电池的方法，即采用标准DVD刻录机。

　　这种方法能在30分钟内，在一个单一的光盘上生产超过100个微型超级电容器。

　　为了使超级电容器电池更高效，研究人员需分开安装两个电极，以便让中间的可用表面积达到最大化。以前的电极设计把一层层石墨烯堆叠在一起，如同三明治上的面包片。然而，这种做法在电子电路上并不起作用。

　　在新设计中，研究人员以相互交叉的形式，把电极并排安装，与相互交叉的手指类似。这有助于扩大两个电极的可用表面积，并减少电解液里的离子需要传播的路线。

　　糖电池

　　今年初，美国弗吉尼亚理工大学研究小组开发出一种电池，它以糖为能源提供电力，能量、密度均达到前所未有的水平，有望替代传统电池，成为一种廉价、可充电且可生物降解的电池。

　　发明糖电池的是该校农业与生命科学学院、工程学院的生物系统工程副教授帕西瓦尔·张。他说，虽然现在也有其他糖电池，但他们发明的糖电池在充电前运行的时间更长。预计三年后，这种糖电池将能为手机、平板电脑、视频游戏和其他电子器材供电。

　　“糖是自然界一种绝佳的、储存能量的混合物。”张说，“所以我们应努力利用这种天然能量，以一种环保的方式生产电池。”

　　据美国环保署称，仅在美国每年就有数十亿的有毒电池被扔掉，给环境和人体健康带来很大威胁。这种糖电池有望减少数十万吨的电池填埋量。

　　它利用了一系列酶，这些酶以一种自然界没有的方式组合在一起。张和同事构造了一种非天然式的合成酶路径，能从糖内获取所有的电荷势能，在一个微小的酶燃料电池中产生电流。传统电池通常用昂贵的铂金作催化剂，而他们用的是低成本的生物催化酶。“通过一种酶流注，我们能把糖溶液中的所有电荷一步步释放出来。”张说。

　　就像所有其他燃料电池一样，糖电池也是一种联合燃料。研究人员用麦芽糊精和空气产生电流和水，其中麦芽糊精是一种多聚糖，由淀粉部分水解形成，水是主要副产品。

　　研究人员还指出，糖电池和氢燃料电池、直接的甲醇燃料电池不同，糖溶液燃料不会爆炸、燃烧，能量存储密度更高，制造这种电池的酶和燃料还能生物降解。

　　此外，糖电池可再次充电，在其中加入糖就像给打印机的墨盒装入墨水一样。

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