纸电池：存储技术的薄弱环节

新浪博士于2017年1月30日发表在《新材料与应用》杂志上

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储能产业处于困境。电动汽车和电子设备是对更高效、更小尺寸、存储容量更大的电池需求的驱动因素之一。无论是一次性使用还是可重复使用，电池都必须在寿命结束时进行处理。电池结构的某些部件有毒有害。进入纸电池！

它基本上是一种既能作为电容器又能作为电池工作的装置。顾名思义，纸电池是由纤维素和碳纳米管结合而成的一种薄型、柔性和轻质电池。它是将碳纳米管与含有离子液体作为电解液的纸一起注入。离子液体被定义为一种盐，其中的离子配位不良，从而导致这些溶剂在<100℃时处于液相°C超薄又灵活；它们可以作为电池和电容器工作；如果需要，它们能够提供长期稳定的电压和能量爆发；它们可以在-77到100oC的温度范围内工作。纤维素可重复使用和生物降解。

伦斯勒理工学院的罗伯特·林哈特大约在十年前发明了纸电池的最初概念。他在导电碳纳米管上分层纤维素（纸）。尽管这种组合结构足够坚固，可以制造电池，但当它弯曲时，它就解体了。由崔毅教授领导的斯坦福大学研究小组找到了解决这个问题的方法。他的小组通过将碳纳米管分散在水和表面活性剂的水相中开发出一种墨水。水性油墨很容易涂在纸上，然后在加热的烘箱中通过蒸发除去水分。当水被冲走时，纳米管牢固地粘附在纸上，从而形成一张导电性很高的纸。

简单的纸电池可以按照以下步骤构造（图1）：

拿一张普通的纸。

在纸的一面涂上离子溶液。

把碳纳米管墨水涂在这张离子涂层纸上。

把纸的另一面叠成一层锂薄膜。

将铝棒连接到两个表面以在两个电极之间传输电流。

纸电池

图1纸电池的简单设计

纸电池的工作原理与传统电池的工作原理相似。在传统电池中，带正电的粒子（离子）和带负电的粒子（电子）在电极之间移动：阳极（+）和阴极（-）。金属和电解质之间的化学反应产生离子，而碳和电解质之间的化学反应产生电子。这些电子通过外部电路从阴极流向阳极。由于电解液是绝缘体，不能为电子提供通道，所以电流是通过导体从阳极流到阴极的。

纽约特洛伊的纸电池公司提供一系列可充电电池超薄的适形因子和适形形状使各种结构和功能材料之间和周围的储能集成在产品中，包括一次性医疗、连接设备、可穿戴消费电子产品和连接设备、用于持久无线传感器的无电池能量收集，机器人和玩具，高端计算电子和汽车。

随着电子设备和传感器越来越多地嵌入日常物体中，它们的储能需要缩小以匹配（来源：纸电池公司的超薄包装纸™ 产品使电池和超级电容器的组合具有正的容积效率，使更小或相同尺寸的电池具有更高的性能。这家纸电池公司预计，下一代产品将更薄，并集成了用于系统级集成和电源管理选择的电子设备。

尽管纸基电池很薄，但它们有坚实的基础来满足即将到来的电子产品的储能需求。