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科学家开发有机无金属电池,在酸性溶液中降解后可回收利用

科技看点 2021-5-7 16:25 486人浏览 0人回复
摘要

据外媒New Atlas报道,我们不断向可再生能源转变的问题之一与我们的储存方式有关,当今的金属负载锂电池目前有好处,但也存在自身的可持续性问题。科学家们正在研究替代的、更环保的化学制品,德克萨斯AM大学的一个 ...

据外媒New Atlas报道,我们不断向可再生能源转变的问题之一与我们的储存方式有关,当今的金属负载锂电池目前有好处,但也存在自身的可持续性问题。科学家们正在研究替代的、更环保的化学制品,德克萨斯A&M大学的一个团队刚刚提出了一个有趣的候选物,展示了一种不含金属的电池,可以放在酸性溶液中按需降解。

科学家开发有机无金属电池,在酸性溶液中降解后可回收利用


对电子设备和电动汽车的需求不断增加,意味着对锂离子电池的需求不断增加,而锂离子电池依靠的是不太容易获得的重金属。例如,钴受到涉及非洲童工的采矿行为的道德问题的困扰,以及环境退化和水供应污染的困扰。此外,在电池寿命结束后,很难分离和回收这些材料。

研究报告的作者Jodie Lutkenhaus博士说:“现在锂离子电池的最大问题是,它们的回收率没有达到我们在未来电气化交通经济中所需要的程度。现在锂离子电池的回收率是个位数。锂离子电池中存在着有价值的材料,但它的回收非常困难,而且是能源密集型的。”

科学家开发有机无金属电池,在酸性溶液中降解后可回收利用


这些问题促使像Lutkenhaus这样的研究人员研究无金属电池架构,IBM开发的盐水原型电池就是一个明显的例子。德克萨斯A&M大学的科学家们使用了具有电化学活性的氨基酸链——称为氧化还原活性多肽,来构建电池的两个电极,在设备充电和放电时来回传递能量。

在测试中,这种有机电池满足了几个重要的条件。首先,这些电极在操作过程中发挥了它们作为活性材料的作用,在整个过程中保持稳定。之后,这些组件能够通过将它们置于酸性条件下进行降解,从而留下氨基酸和其他良性的降解产物,以便重新使用或在环境中无害地溶解。

科学家开发有机无金属电池,在酸性溶液中降解后可回收利用


研究报告的作者Karen Wooley博士说:“通过摆脱锂并使用这些多肽(蛋白质的组成部分),它真正把我们带入了这样一个领域,不仅避免了开采贵金属的需要,而且为可穿戴或植入式电子设备的供电打开了机会,也使新电池容易被回收。它们(多肽电池)是可降解的,它们是可回收的,它们是无毒的,它们在各个方面都更安全。”

虽然这项研究还处于早期阶段,但科学家们认为这是发展可持续电池的第一步,而且他们现在希望在机器学习的帮助下进一步改进设计。

该研究发表在《自然》杂志上。
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