如果有一個(gè)物品既象征著二十一世紀(jì)科技無與倫比的成功，同時(shí)又見證了科技令人沮喪的失敗，那這個(gè)物品就一定是蓄電池了。每年我們在電池上的花銷大約是五百億美元，這筆資金大多是用于購買相機(jī)電池、手機(jī)電池以及筆記本電池。它們給予了我們父母給予不了的能力。然而電池也很讓人頭疼，一方面電池設(shè)計(jì)師們需要將一些小部件安裝在電池狹小的空間里，另一方面當(dāng)電池電量耗盡時(shí)，我們總是會(huì)感到手足無措。

解決方案終究會(huì)到來。研究者開始從根本上重新思考蓄電問題。他們設(shè)想用現(xiàn)代生活中普遍使用的物品例如塑料或者混凝土制品來儲(chǔ)存電能，他們認(rèn)為這些制品應(yīng)該能夠儲(chǔ)存更多的電。使用這些我們熟悉的材料作為制作電池的原料不僅能夠保持能量流向任何需要的地方，而且能夠發(fā)出電量耗盡的提示。未來，你的智能手機(jī)中的塑料殼不僅能夠保護(hù)手機(jī)內(nèi)部的電路正常運(yùn)行，而且能夠使這些電路源源不斷地提供電流。家中的墻壁和地板也可以派上用場，成為發(fā)電的設(shè)施。甚至再普通不過的紙?jiān)诎l(fā)電方面也能起到重要作用。

根據(jù)艾米麗·格林哈爾什的設(shè)想，首先會(huì)讓你感覺到不同的是車子。盡管未來的汽車看起來沒什么變化，但是它圓滑的車體不是由鋼鐵制成，而是由重量極輕的復(fù)合材料制成。如果倫敦帝國理工學(xué)院材料科學(xué)家格林哈爾什的設(shè)想實(shí)現(xiàn)的話，這樣的車體將為你的汽車電動(dòng)機(jī)提供每日通勤所需要的電量。他說：“未來的汽車將從汽車車頂、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋以及車門等處獲得能量?！?/p>

格林哈爾什的構(gòu)想于2003年形成，并得到英國政府研究機(jī)構(gòu)與--國防科研研究室的鼓勵(lì)和支持。他們追求一種用于無人駕駛飛機(jī)的新型材料，這種材料不僅能夠承載一定的重量，而且能夠儲(chǔ)存電能。格林哈爾什和他的同事對這種新型材料很有興趣，并開始著手設(shè)計(jì)。

他們從一種徹底改變航天工業(yè)的材料——碳化纖維出發(fā)。這種原料以強(qiáng)度高重量輕聞名，當(dāng)用于強(qiáng)化塑料樹脂時(shí)，它就變成牢固堅(jiān)韌的復(fù)合材料，這種復(fù)合材料常用于一級方程式賽車和夢幻波音噴射客機(jī)。盡管這種碳化纖維復(fù)合材料并不是以儲(chǔ)存電量著稱，但這種纖維卻是良好的電導(dǎo)體，可以被用來儲(chǔ)存電荷。來自瑞典哥德堡市復(fù)合材料研究機(jī)構(gòu)的雷夫說：“一些市場上可以買到的碳化纖維運(yùn)行起來和電極不相上下，這并不是我們所期待的?！?/p>

格林哈爾什決定不去建造電池而是研發(fā)另一種儲(chǔ)存能量的裝置，電容器，或者在此基礎(chǔ)上加足馬力建立一個(gè)超級電容器。電池被電解分為正極和負(fù)極，當(dāng)電池成為電路的一部分時(shí)，不同電極之間電荷的差異使帶電離子從電解中通過，引起電流流動(dòng)。因此，電池將電流以化學(xué)形式儲(chǔ)存，而在電容器中，所有電荷在電極中積聚。絕緣層將這些電荷分離。電容器的固體性能夠使電荷更容易負(fù)重。

創(chuàng)造一個(gè)能為小配件儲(chǔ)存足夠電量的電容器，關(guān)鍵是將電極表面區(qū)域最大化。所以格林哈爾什將碳納米管的豎起的外層覆蓋在每一個(gè)碳化纖維表面。然后他將被碳納米管外層覆蓋的碳化纖維迂回嵌入兩個(gè)平斷面電極，在不同電極之間加入一個(gè)絕緣玻璃纖維并包裹住聚合脂的一部分。

碳納米管帶來了意想不到的利潤，它們不僅能夠儲(chǔ)存大量電荷，而且還可以使超級電容器面板變得異常強(qiáng)大。從某種程度上來說，這歸功于碳納米管的表面區(qū)域，因?yàn)樘技{米管的表面區(qū)域能夠在纖維和樹脂之間創(chuàng)造更好的紐帶。同時(shí)，碳納米管還能像鋼纜那樣從細(xì)長的碳化纖維中延伸出去而且能夠防止碳化纖維在負(fù)重狀態(tài)下變彎曲。研究的結(jié)果是一個(gè)堅(jiān)韌結(jié)實(shí)，重量極輕的面板可以儲(chǔ)存每千克一瓦時(shí)的電量，大約是傳統(tǒng)超級電容器容量的二十分之一。

格林哈爾什現(xiàn)在是一個(gè)名為存儲(chǔ)的全歐工程的首領(lǐng)，在這個(gè)工程中，他與沃爾沃合作，旨在建造一個(gè)混合電能汽車。在車中，汽車底板上的大型鐵質(zhì)面板將被復(fù)合材料制成的超級電容器所代替。為了壓縮主電池以及減少重金屬，汽車重量需要削減百分之十五。然而，盡管格林哈爾什相信他能夠改善他的超級電容器的存儲(chǔ)能力，但他坦言人們不會(huì)開著一個(gè)只靠電容器提供電量的電動(dòng)汽車，而且這些電容器無法與昔日的鋰電池相媲美。

輕便的電腦

盡管如此，這樣的電容器為擁有再生制動(dòng)設(shè)備的混合動(dòng)力汽車提供了極大的優(yōu)勢。再生制動(dòng)設(shè)備通過將運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軄硎蛊嚋p速。超級電容器完全適合收集能量的短脈>中，然后在汽車加速運(yùn)行時(shí)把能量放回系統(tǒng)中。這就意味著主電池可以變得更加小巧和輕薄，在運(yùn)行時(shí)可以維持更長時(shí)間。

據(jù)說，存儲(chǔ)聯(lián)盟的其他成員仍然熱衷于消除傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車的電池。瑞典復(fù)合材料研究機(jī)構(gòu)設(shè)想將鋰電池轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合結(jié)構(gòu)材料。碳化纖維再一次出人意料地成為研究的起點(diǎn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)鋰電池的電極之一通常是由石墨制成，而碳化纖維實(shí)質(zhì)上是石墨線。

然而，電池很難扮演雙重角色，因?yàn)樗麄兊碾娊赓|(zhì)通常是膠體或液體的。因此，瑞典復(fù)合材料研究機(jī)構(gòu)的研究小組正在研究制定一個(gè)混合物，這個(gè)混合物包含堅(jiān)韌的聚碳酸酯以及液態(tài)的電解質(zhì)。該研究機(jī)構(gòu)宣稱這個(gè)混合物終將可以和現(xiàn)在的鋰電池相媲美。

瑞典負(fù)荷材料研究機(jī)構(gòu)的“復(fù)合電池”最終可以為傳統(tǒng)筆記本電腦和手機(jī)提供輕型版本，或者研究者可以設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間更久而不用再次充電的新型機(jī)器。然而，這并不是一蹴而就的，因?yàn)樘蓟w維復(fù)合材料價(jià)格不菲。當(dāng)它們最終投放市場，這種復(fù)合電池很可能只出現(xiàn)于一些高端產(chǎn)品。這些高端產(chǎn)品或許不包括汽車。格林哈爾什說：“沃爾沃發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)是鋼板太重，它們不得不走向復(fù)合汽車，我們的材料具有很大優(yōu)勢。”復(fù)合電池不會(huì)—直如此昂貴；它們可以利用低技術(shù)含量的材料制成，這種材料如此實(shí)惠以至于你會(huì)毫不猶豫地使用它。2D07年，劍橋大學(xué)的兩名研究者提出混凝土墻壁，地板甚至車道都可以作為巨型電池使用。戈登·波斯坦和艾瑞克·施博科特認(rèn)為由于混凝土具有無數(shù)微小的充滿水的小孔，它應(yīng)該可以像離子電導(dǎo)體那樣運(yùn)行。當(dāng)被鋼陰極和鋁陽極夾在中間時(shí)，它們的電池原型確實(shí)可以生產(chǎn)出一股股的電流，直到電極被腐蝕而損壞。

這個(gè)沒有希望的開端已經(jīng)激發(fā)了新一輪的嘗試，包括紐約州立大學(xué)布法羅分校的研究小組發(fā)明的混凝土碳酸鋅電池。三層混凝土復(fù)合電池的正極包含炭黑和鋅粉，電池的負(fù)極包含炭黑和二氧化錳粉末。設(shè)想是這樣的，這些分散均勻的物質(zhì)可以提高電極和電解質(zhì)之間的電力連接。在一定程度上，這一方法是行之有效的。測試證明他們的電池蓄電能力仍然極其微小，每千克僅一微瓦時(shí)，但是研究者稱在調(diào)試電子和離子電導(dǎo)率時(shí)加入鹽或者聚合物應(yīng)該能夠提高電池的性能。

考慮到在美國，平均每建造一個(gè)房屋需要十二公噸混凝土，建造一個(gè)小型的辦公樓需要的混凝土比建造房屋要多一千倍，混凝土電池將尤其對沒有接入電網(wǎng)的房屋提供大量電能，因?yàn)樗梢詾樯虡I(yè)用電或者從屋頂?shù)奶柲芄怆姲屙樌敵鲭娔芴峁?yīng)急后備供應(yīng)?，F(xiàn)在，你更喜歡將電源插入壁紙而不是壁紙后面那堵墻。

超薄的電池受到了極大的歡迎，因?yàn)樗鼮橐磺惺挛锾峁┝穗娔埽瑥碾娮訄?bào)紙到最終的奇客時(shí)尚：帶有像手機(jī)和音樂播放器的衣服。施瑞爾佛·梅塔認(rèn)為紙自身起到了關(guān)鍵作用。

梅塔經(jīng)營了一家位于紐約特洛伊市的紙質(zhì)電池公司，主要經(jīng)營儲(chǔ)存電量的薄片，這種薄片不僅能夠放進(jìn)傳統(tǒng)電池?zé)o法放進(jìn)的地方，例如手機(jī)外殼中細(xì)小的縫隙，而且?guī)缀踉谌魏吻闆r下都能夠代替紙和薄塑料，而此時(shí)儲(chǔ)蓄的電量也是一種額外的收獲。

電動(dòng)折紙

他的電池是建立在一個(gè)研究小組的調(diào)查研究基礎(chǔ)之上的。該小組來自倫敦勒理工學(xué)院，同樣也是在特洛伊市。調(diào)查顯示我們可以用一片纖維素來儲(chǔ)存能量。研究小組將一個(gè)碳納米纖維管序列嵌入纖維素片的每一面，而這個(gè)纖維素片在此之前已經(jīng)吸收了離子液體。納米電子管形成了電極，而分散在纖維素內(nèi)的氣孔中的離子液體扮演電解質(zhì)的角色。他們的材料成功儲(chǔ)存了大約每千克四十瓦時(shí)的電量。換句話說，十二片纖維素片所能提供的電量和AAA電池一樣。盡管梅塔拒絕過多透露他們公司正在研發(fā)的被稱為電力包裝的材料，他說他們的技巧是將不同的成分制成墨水，這樣他們就可以通過把每一層材料按順序印刷而制造出一個(gè)電池。這樣他們就可以利用高比能量制成超級電容器和電池，而高比能量可以利用高速卷軸式生產(chǎn)得來。梅塔計(jì)劃在未來兩年內(nèi)將他設(shè)計(jì)發(fā)明的超薄電池投放市場。他說：“我們已經(jīng)和使用我們電池原型的顧客進(jìn)行過洽談?！?/p>

最終，公司將致力于將他們的超薄電池融入到電腦機(jī)殼或內(nèi)層中，融入到汽車內(nèi)部以及房屋中。電力包裝片可以和傳統(tǒng)的置于屋頂下或者墻壁內(nèi)外的膜片一樣運(yùn)行，同時(shí)還能夠使你在陽光不強(qiáng)或者沒有風(fēng)的時(shí)候從光伏板和渦輪機(jī)中儲(chǔ)存可再生能量。幫助倫敦勒理工學(xué)院研究這種材料的阿加延說：“你可以以任何結(jié)構(gòu)包裝它?！?/p>

在水泥路上步態(tài)輕盈地前進(jìn)。小心地合上你的筆記本機(jī)蓋。我們暫時(shí)并不會(huì)向AA電池以及它同系列的產(chǎn)品說再見，但同時(shí)，讓我們向日常生活中的這些最普通不過的材料致敬。未來，它們也一定會(huì)值得我們尊敬的!