纸电池

纸张作为载体的电池

纸电池，是用纸张作为载体的电池。纸电池是由银和碳纳米材料制成的特殊墨水，涂在纸张上制成“纸电池”，为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光。

简介

纸电池是一种片状纤维素所制成的电池，由于和片状纤维素和纸相似，故得名。

它的制造方法是在片状纤维素上面填满了排列整齐的碳纳米管。碳纳米管是作为电极，用以导电。它的功用既像锂离子电池，又像超级电容器。相较于一般传统电池，它能提供一个长期，稳定的功率输出，并像超级电容器一样能快速放出高能量。一般传统电池是将数个单独的组件组合起来，然而纸电池却是将所有的电池组件集合在一个单一的结构内，使之更加有效能。

研究背景

当前，电池(battery)重量与寿命一直阻碍电动汽车与货车实现商业化发展。而这种纸电池可用来给电动车或混合动力车等提供动力，有助减轻电子产品的重量，延长产品寿命，以后还有可能带动纸质电子产品的问世。

科研人员在研究报告中表示：利用成熟的纸张技术，将可传导的纸用作集电器和电极，创造出了一种低成本、轻质且高效的能源储备途径。

斯坦福大学材料科学与工程学助理教授、研究报告的作者之一崔屹说：社会确实需要低成本、高效能的能源储存设备，例如电池与简单的超级电容器等。有朝一日，纸电池可能用于手提电脑、手机或太阳能板。

性能数据

用于纸电池的纳米材料是很特别的，是直径极小的一维结构，有助纳米材料制成的墨水紧紧粘在纸张上，令电池和超级电容器非常耐用，纸电容器寿命可能长达4万个充电和放电周期。

与传统电池相同，这种新型电池的组成部分也包括电极、电解液和隔离膜。具体而言，这种新型的纸电池是由植入了电极和电解液的纤维素纸构成，其中纤维素纸就起到了隔离物的作用。电极分别是加入纤维素中的碳纳米管和覆盖在纤维素制成的薄膜上的金属锂；而电解液就是六氟磷酸锂溶液。美国伦斯勒理工学院的科学家就是通过把电池的三部分综合到薄薄的一张纸上，而制成了这种新型纸电池。

研究显示，在2伏的电压下，这种新型纸电池每克能产生10毫安的电流。据介绍，这种新型的电池除了制作方法创新外，还具有很多重要的特性，比如说柔韧性。这种新型的纸电池由于成分主要是纤维素，因此保持了纸的一些特性，具有较好的柔韧性。根据实验显示，这种电池对温度的适应能力相当强，在-70℃至150℃的温度区间都能正常使用。

研究进度

美国

伦斯勒理工学院

由美国伦斯勒理工学院的几位科学家研制出来的一种薄如纸片，可剪裁、能折叠的轻型“纸电池”引起了人们的关注。认为，由于这种纸电池具有诸多的性能，因此将会成为一种新型的能源存储设备。这种电池避免了传统电池会产生的金属、锂及碱性化合物泄漏问题，对环境无害，可作为一般的家庭废物加以处理。开发公司表示，这种电池价格也十分便宜，当能够实现批量生产时，售价仅为一美分。Enfucell公司首席技术官、华人科学家张霞昌博士是这种纸质电池的主要研发者。张霞昌介绍说，这种电池可作为智能卡、音乐贺卡和电子报纸等的电源，并可用于RFID（射频识别）电子标签。随着RFID技术的迅速发展，这种纸质电池的潜在市场未来有望达到几十亿美元。

斯坦福大学

美国加利福尼亚州斯坦福大学的科学家在报告中说，他们已经成功地把涂上一层银碳纳米材料的纸转变成“纸电池”，有望成为一种全新的轻型高效蓄能的方法。帮助涂层附着在纸上的同一特性使它附着在单壁碳纳米管和镀银纳米线薄膜上。初步的研究发现，利用硅纳米线制成的电池，效率是用来给笔记本电脑等装置供电的锂离子电池的10倍。

瑞典

瑞典科学家2015年12月研制出了一种能作为电池的“纸”，其效率之高，所储存的电能可以和市场上最好的超级电容电池相媲美。这是一种由纳米纤维素——与应用在纸张中的纤维素类似——制成的材料。在高压水柱的作用下，这种“纸”的纤维能做到只有20纳米厚，相比之下，人的头发直径约为100000纳米，是该纤维厚度的5000倍。在纳米纤维的外层，覆盖着一层溶解在水溶液里的带电聚苯乙烯塑料。

台湾

台湾辉能科技公司自主研发的超薄柔性电池FLCB的厚度仅有 0.33mm，可以像纸一样任意被裁剪，而且穿刺、撕裂、撞击、甚至枪击都不会导致漏液。FLCB 还能耐高温，1300 摄氏度高温喷枪火烧它也不会起火或爆炸。预计年中上市。

市场前景

这种纸电池与传统电池相比，在储存能源和充电周期寿命方面的表现一样良好。实验显示，将碳纳米管纸张放入传统充电池，可减少20%重量。加州大学伯克莱分校化学教授杨培东认为，这种技术可在短期内商业化。

哈尔滨工业大学理学院应用化学系的孙克宁教授认为，每一种电池都是根据不同的需要而特别设计和发明的。由于不同的电池有不同的特性，所以某一种电池不可能是万能的，这种新型纸电池也不例外。

新型纸电池作为一种新概念电池，运用前景肯定是有的。但是从公布的纸电池的生产方法上看，生产这种纸电池所需要的碳纳米管的生产成本很高，不适合大批量生产，因此其实用性也是有限的。还只能把这种新型纸电池定位为一种探索性研究发明。由于工艺和其他方面的原因，它并不能替代广泛使用的其他种类的电池，也不可能在短时间内占有市场。

对于笔记本电脑、手机、数码相机乃至汽车都是一种理想的驱动装置。因为可塑性强，这种电池甚至可以被做成车门的形状。在驱动微型医疗装置(譬如心脏起搏器)方面有着其它电池不可比拟的优势。研究者正在努力降低纸电池的成本，期望未来能够像印刷报纸那样，利用印刷技术大量制造电池。

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