未來紙質(zhì)電池或?qū)?yīng)用于細(xì)分化儲能市場

如今，研究人員開發(fā)并測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汽車供電或取代鋰離子電池住宅儲能系統(tǒng)。

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

該團隊研究人員賓漢頓分校電氣和計算機工程系副教授Seokheun Sean Choi表示，“我們不會將這種電池與傳統(tǒng)電池進(jìn)行比較，因為其應(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。”

該研究團隊在今年6月發(fā)表在“高級可持續(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隊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。

粗略的計算表明，為了存儲或提供典型的6千瓦住宅太陽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)計成正方形，則其邊長約為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)電池不會很快對鋰離子電池構(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。

雖然紙質(zhì)電池可能距離實現(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)競爭，但它們可能在兩個方面適用于更廣泛的儲能市場：

一是它們可以擴展儲能的設(shè)備范圍，從而可能提高電網(wǎng)靈活性。去年，英國一份關(guān)于電網(wǎng)監(jiān)管的文件建議應(yīng)將儲能裝置嵌入整個能源系統(tǒng)。紙質(zhì)電池可能潛在地將這種儲能容量擴展到非常小的瞬態(tài)電力需求源，例如在一些醫(yī)療應(yīng)用中減少對插入式傳感器的需求。

二是廉價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能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變是否對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)行測試以確定細(xì)菌毒性、包裝、儲存和保質(zhì)期等基本特性。

這項工作得到了美國國家科學(xué)基金會的資助，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。