普通的白色辦公用紙可以成為高效電池的基礎。科學家們利用載有碳奈米管的墨水，將紙張轉化為高效的儲電裝置。這種對古老發明的全新演繹是旨在將紙張融入電池以減輕其重量（電池技術的主要缺點之一）的一系列研究中的最新成果。
為了減輕重量，研究人員嘗試了幾種方法，包括使用薄膜材料作為墨水鋪設。紙張幾個世紀以來的吸引力——其多孔的微觀結構，使其非常適合容納墨水——現在吸引了研究人員進行現代應用，更不用說紙張還是一種靈活、輕便、價格合理、成熟的技術，它無處不在，並且可以由可再生資源製成。
為了設計這種新型紙電池，斯坦福大學的材料科學家崔屹和他的同事用單壁碳奈米管制成的黑色墨水塗覆普通影印紙，這些碳奈米管是隻有十億分之一米寬的導電管道。然後將正負電極——陰極和陽極——作為漿料塗在浸漬奈米管的紙張上乾燥。（陰極由鋰錳氧化物奈米棒製成，陽極由氧化鈦鋰奈米粉末或碳芯矽殼的奈米線製成。）
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然後將電池浸入六氟磷酸鋰溶液的電解液中，以連線電極並密封在袋中。在這種設定中，奈米管從每個電極收集電流。“這提供了一個高科技與低科技相結合的好例子，”伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的材料科學家約翰·羅傑斯說，他沒有參與這項研究。
接近傳統儲能電池
這些紙電池，在12月7日線上發表的《美國國家科學院院刊》中描述，在能量儲存和充放電迴圈壽命方面與傳統電池一樣好。根據他們的實驗，研究人員表示，將碳奈米管紙張加入到傳統可充電電池中，可以減輕其重量高達20%。
這種減重有助於使電動和混合動力汽車更具可行性，並可能帶來更持久的手機、筆記型電腦和其他行動式電子產品。“廉價、靈活和輕便的電池的製造可能會徹底改變行動式電子產品，”麻省理工學院的材料科學家弗朗切斯科·斯特拉奇評論說，他沒有參與這項研究。崔屹補充說，在大規模應用中，它們還可以廉價地幫助太陽能和風力發電場儲存他們產生的能量。
崔屹和他的同事指出，碳奈米管與紙張結合得非常牢固，無需使用會降低效能並顯著增加生產成本的粘合劑。電池還可以彎曲和捲曲，而不會失去導電能力，“可以很容易地層壓到柔性計算機中為裝置供電，”他建議道。該團隊在論文中指出，他們的技術很容易實現大規模生產，如果需要，甚至可以用刷子將墨水塗在上面。
紙張的足跡
這些新裝置是近年來出現的一系列紙電池中的最新成果。例如，2007年，紐約州特洛伊市倫斯勒理工學院的生物聚合物專家羅伯特·林哈特和他的同事製造了以多壁碳奈米管和紙張為陰極、鋰金屬薄膜為陽極、鋁箔為集電器的複合材料製成的電池。他們進行了實驗，其中汗液或血液作為他們的電解質，表明它們可以在體內植入物中找到用途。
瑞典烏普薩拉大學的奈米技術專家瑪麗亞·斯特羅姆和她的同事也設計了用海藻製成的紙張電池。他們在10月14日的《奈米快報》中報道說，由於這種紙張的表面積是木材製成的100倍，因此它可以容納更多的電量。
對於新紙張的一個擔憂是它們的電阻，它比傳統電池中用作集電器的金屬箔的電阻高出10倍甚至更多。這種電阻會減慢功率的傳輸。崔屹建議將金屬奈米線加入他們的裝置中以降低電阻，從而有助於提供更多的電能。
實施這些發現的另一個主要障礙是目前碳奈米管的高價。“然而，隨著產量的增加，碳奈米管的價格將持續下降，”崔屹指出。“導電紙的概念也可以用其他可能成本較低的奈米材料來實現，例如石墨烯。”