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康夫伍迪·艾倫的電影《午夜巴黎》裡，男主角無限迷戀上世紀20年代的巴黎，對於一個寫文章為生的人，與這些名人中的任何一位聊上半個小時，也許都會受益匪淺。不過，如果男主角打算把這一番談話中得到的靈感化為文字，我不太相信他仍然想留在上世紀20年代，畢竟那時的作傢如果不用鋼筆，就隻有笨重而常常出故障的打字機可用，而21世紀的作傢則可以借助筆記本電腦，在幾乎任何地方進行創作。這樣的便利，還要拜電力的應用和電池技術的發展所賜。然而，今天的電池技術仍然有太多的缺點。從應用的角度說，雖然各式各樣的鋰離子電池已經基本解決瞭過去電池的壽命短、輸出電壓低、充電記憶效應、對外界環境要求高等問題，但是它在大功率放電時容易發熱甚至自燃的缺點仍然限制瞭它的應用。從環境的角度，雖然一般消費者使用的鋰離子電池對環境並沒有太大危害，但如果我們希望提高電池的能量密度，就可能需要在鋰電池中使用具有毒性的物質，而目前在一些場合必須使用的鉛酸電池和鎳鎘電池，其重金屬污染的風險更是廣為人知。有沒有可能制造出更加環境友好的電池呢？在關註這個問題之前，讓我們先來回顧一下中學時在化學課上學到的電池原理。電池可以定義為以化學形式儲存能量，並能在需要時將化學能轉化為電能的裝置。與我們的直覺不同，電池中儲存的並不是電能，而是化學能。電池的兩個電極中，一個允許電子逃逸，被稱為陽極，另一個則接受電子，被稱為陰極。電池放電，就是陽極放出電子，而陰極接受電子的過程，也就是陽極和陰極通過化學反應，將化學能轉化為電能。實際應用中，電極多少都會與電解液發生一些我們不需要的化學反應，或者被電解液部分溶解，造成放置在電路之外的電池正負極之間的電壓降低，這被稱為自放電。我們在生活中對此都有體會，比如充滿後長時間不用的手機電池，重新開始用的時候發現隻有原來四分之三甚至一半的電。目前的電池都不能避免自放電，而可充電電池的自放電現象比不可充電的電池更顯著一些。這就是為什麼我們過去買的鎳鎘充電電池都要充滿才能使用，因為它每個月自放電就可能放掉20%的能量，而自放電較少的鋰電池和鎳氫電池就不一定要這樣做。許多化學反應都可以看做是電子在不同物質間交換的過程，可以做電解液的溶液也很多，因此許多金屬及化合物的組合都可能組成原電池。但是，實際應用要求電池能夠持續地以一定電壓提供電能，或者能夠提供高電壓的瞬時輸出，還需要達到一定的能量密度要求，此外還要考慮環保、健康和成本。所以，雖然原電池裝置的種類很多，但適合生產實際使用的電池的技術卻很少。或者也可以說，正是因為有那麼多種原電池，在其中挑選能夠滿足人們需要的電池技術才像大海撈針那樣困難。當我們面對紛繁復雜的選擇不知從何下手的時候，看看自然界如何應對類似的問題，往往有可能給我們指出一條捷徑。畢竟在漫長的變異、選擇和進化過程中，整個自然界都在探索更有效率的收集、儲存和釋放能量的方式。來自波蘭和瑞典的科學傢就想到瞭這一點，他們註意到，一些植物和微生物在光合作用過程中，利用醌類化合物運送帶正電的質子和帶負電的電子。醌類化合物是在苯環或萘環上用偶數個氧原子取代氫原子獲得的產物，其中氧原子和碳原子形成的雙化學鍵可以方便地與其他物質結合。在這一過程中形成的物質可能具有很高的能量密度。但是，有這樣高的電荷密度是一回事，怎樣實現醌類的氧化還原從而把它做成電池又是另一回事。而且，醌類純物質的價格也不低，從哪裡獲取便宜的原料呢？這些問題的答案可能還在我們周圍的植物裡。科學傢們提出，植物的木質素中有大量的酚類基團，在進行氧化後，這部分有機物就能轉化為醌類基團。雖然這樣得到的材料本身並不能作為電極，但與具有導電性和離子傳遞能力的物質結合起來，就可能得到可用的電極材料。在實驗中，科學傢們使用一種叫做多吡咯的物質與氧化後的木質素組成復合材料，制造出瞭多層聚合物電極。在這種電極中，木質素氧化物中的醌類基團負責儲存電荷，多吡咯負責運送電荷，其電荷密度可以達到每克70~90毫安時，相當或略優於目前的鋰離子電池的水平。因為是通過氧化木質素而非使用純物質來制造，這種電極有望以非常低的成本制造出來，而且也不像礦物電極那樣需要擔心資源枯竭的問題。最妙的是，木質素在植物中的含量僅次於纖維素，可占20%~28%，但過去很少得到利用，比如制漿造紙工業中，木質素幾乎完全以“黑液”的形式被丟棄，而這些“黑液”完全可以被用到聚合物電池的制造過程中，幾乎不產生原料成本，同時又解決瞭相當一部分造紙行業的污染問題。目前，木質素電池雖然在實驗室展現瞭一些很吸引人的特性，但離實際變成產品還有很長的路要走。而且，現在它的自放電效應還很顯著，在能量密度上也沒有體現出相對於鋰電池的明顯優勢。但提出這個概念的科學傢認為，通過選擇不同的電解液和木質素的不同處理方法，我們有希望進一步優化木質素電池，使其成為市場上一種有競爭力的產品。研究這一課題的科學傢也提出，來自不同植物的木質素也可能對電池的性能產生影響。不妨想象，這種電池的投產，也許能為某些入侵植物的清除提供一些經濟激勵，而在我們找到最理想的木質素原料之前，這種電池的研究也為植物多樣性的保護提供瞭一個理由。
新聞來源http://news.hexun.com/2012-04-11/140264437.html
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