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未来纸质电池或将应用于细分化储能市场
作者:admin  发布时间:2018-9-10  

如今,研究人员开发并测试了一些可生物降解的纸质电池,这种电池可以通过几种方式使主流储能技术受益。例如科学家开发了一种用纸和唾液制造电池的方法,但是不要指望这种电池为电动汽车供电或取代锂离子电池住宅储能系统。

据了解,纽约州立大学宾汉顿分校一个开发团队开发了一种专为一次性应用而设计的可生物降解纸质电池,就像“AA电池”一样。

该团队研究人员宾汉顿分校电气和计算机工程系副教授Seokheun Sean Choi表示,“我们不会将这种电池与传统电池进行比较,因为其应用范围不同。我们将用于生物传感器这样的低成本、低功耗应用。”

该研究团队在今年6月发表在“高级可持续系统”杂志上的一篇论文中指出,“纸质微生物电池可能是减少电子废弃物急剧增加的绝佳方法”。

然而到目前为止,纸质电池的发展进步受到其低性能和可疑的生物降解性阻碍。

宾汉顿分校电池研究团队的研究理念就是在纤维素纤维的多孔亲水网络中使用聚酰胺酸和聚均苯四甲酸二酐-对苯二胺。

根据早期的研究,电池中的微生物燃料电池可以被水激活,例如唾液中含有的水。研究人员称,该技术具有比以前报道的纸质微生物电池高得多的功率成本比。

他们表示,这种生物电池可以在没有特殊设施、条件或其他微生物进行生物降解。Choi说,他们开发的电池能够产生4微瓦的电力和每平方厘米26微安的电流。

粗略的计算表明,为了存储或提供典型的6千瓦住宅太阳能电池阵列的峰值输出,大概需要大约150,000平方米的这种纸质电池。如果设计成正方形,则其边长约为387米。

在理论上将纸张折叠八次,可以将其缩小到更便于管理的尺寸,即2.3平方米以下,这大约是纸张折叠次数的极限。

然而,很明显,纸质电池不会很快对锂离子电池构成威胁。“这是用于小功率应用,如HIV生物传感器,需要在使用后立即处理。”Choi证实。

虽然纸质电池可能距离实现商业化应用还有一段距离,而且不太可能与锂离子等主流技术竞争,但它们可能在两个方面适用于更广泛的储能市场:

一是它们可以扩展储能的设备范围,从而可能提高电网灵活性。去年,英国一份关于电网监管的文件建议应将储能装置嵌入整个能源系统。纸质电池可能潜在地将这种储能容量扩展到非常小的瞬态电力需求源,例如在一些医疗应用中减少对插入式传感器的需求。

二是廉价且可生物降解的纸质电池可以提帮助减轻采用电气化材料而造成的负担。

虽然目前尚不清楚化石燃料向可再生能源和储能系统的转变是否对钴等电池材料的供应造成压力,但毫无疑问,用纸制造电池可以缓解这种情况。

下一个未知数:生物电池的成本是多少?

由Choi和他的同事在2015年开发的火柴盒大小的纸质生物电池成本为5美分。而如今,纸质电池概念仍处于“科学研究水平”。Choi说,还需要进行测试以确定细菌毒性、包装、储存和保质期等基本特性。

这项工作得到了美国国家科学基金会的资助,并在宾汉顿分校的先进传感技术和环境可持续性研究中心内开展。

今年7月,一家名为BillerudKorsnäs的瑞典包装公司宣布与瑞典乌普萨拉大学合作开发纸质电池,以帮助进行包装追踪。“这种电池使用基于木纤维纤维素的电极,其目的是可以将电池与盒子一起回收,再重新制成盒子或纸质电池。”该公司表示

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