潜藏的力量

如果有一个物品既象征着二十一世 纪科技无与伦比的成功，同时又见 证了科技令人沮丧的失败，那这个 物品就一定是蓄电池了。每年我们 在电池上的花销大约是五百亿美 元，这笔资金大多是用于购买相机 电池、手机电池以及笔记本电池。 它们给予了我们父母给予不了的能 力。然而电池也很让人头疼，一方 面电池设计师们需要将一些小部件 安装在电池狭小的空间里，另一方 面当电池电量耗尽时，我们总是会 感到手足无措。

解决方案终究会到来。研究者开始 从根本上重新思考蓄电问题。他们 设想用现代生活中普遍使用的物品 例如塑料或者混凝土制品来储存电 能，他们认为这些制品应该能够储 存更多的电。使用这些我们熟悉的 材料作为制作电池的原料不仅能够 保持能量流向任何需要的地方，而 且能够发出电量耗尽的提示。未来， 你的智能手机中的塑料壳不仅能够 保护手机内部的电路正常运行，而 且能够使这些电路源源不断地提供 电流。家中的墙壁和地板也可以派 上用场，成为发电的设施。甚至再普 通不过的纸在发电方面也能起到重 要作用。

根据艾米丽. 格林哈尔什的设想， 首先会让你感觉到不同的是车子。 尽管未来的汽车看起来没什么变化， 但是它圆滑的车体不是由钢铁制成， 而是由重量极轻的复合材料制成。 如果伦敦帝国理工学院材料科学家格林哈尔什的设想实现的话，这样的车体将为你的汽车电动机提 供每日通勤所需要的电量。他说：“未来的汽车将从汽车车顶、发 动机盖以及车门等处获得能量。”

格林哈尔什的构想于2003 年形成，并得到英国政府研究机构与 国防科研研究室的鼓励和支持。他们追求一种用于无人驾驶飞机 的新型材料，这种材料不仅能够承载一定的重量，而且能够储存 电能。格林哈尔什和他的同事对这种新型材料很有兴趣，并开始 着手设计。

他们从一种彻底改变航天工业的材料——碳化纤维出发。这种原 料以强度高重量轻闻名，当用于强化塑料树脂时，它就变成牢固 坚韧的复合材料，这种复合材料常用于一级方程式赛车和梦幻波 音喷射客机。尽管这种碳化纤维复合材料并不是以储存电量著称， 但这种纤维却是良好的电导体，可以被用来储存电荷。来自瑞典哥 德堡市复合材料研究机构的雷夫说：“一些市场上可以买到的碳 化纤维运行起来和电极不相上下，这并不是我们所期待的。”

格林哈尔什决定不去建造电池而是研发另一种储存能量的装置，电容器，或者在此基础上加足马力建立一个超级电容器。 电池被电解分为正极和负极，当电池成为电路的一部分 时，不同电极之间电荷的差异使带电离子从电解中通过， 引起电流流动。因此，电池将电流以化学形式储存，而 在电容器中，所有电荷在电极中积聚。绝缘层将这些电 荷分离。电容器的固体性能够使电荷更容易负重。

创造一个能为小配件储存足够电量的电容器，关键是将 电极表面区域最大化。所以格林哈尔什将碳纳米管的竖 起的外层覆盖在每一个碳化纤维表面。然后他将被碳 纳米管外层覆盖的碳化纤维迂回嵌入两个平断面电极， 在不同电极之间加入一个绝缘玻璃纤维并包裹住聚合 树脂的一部分。

碳纳米管带来了意想不到的利润，它们不仅能够储存大 量电荷，而且还可以使超级电容器面板变得异常强大。 从某种程度上来说，这归功于碳纳米管的表面区域，因 为碳纳米管的表面区域能够在纤维和树脂之间创造更 好的纽带。同时，碳纳米管还能像钢缆那样从细长的碳化纤维中延伸出去而且能够防止碳化纤维在负重状态下变弯曲。研究的 结果是一个坚韧结实，重量极轻的面板可以储存每千克一瓦时的电量，大 约是传统超级电容器容量的二十分之一。

格林哈尔什现在是一个名为存储的全欧工程的首领，在这个工程中，他与 沃尔沃合作，旨在建造一个混合电能汽车。在车中，汽车底板上的大型铁 质面板将被复合材料制成的超级电容器所代替。为了压缩主电池以及减 少重金属，汽车重量需要削减百分之十五。然而，尽管格林哈尔什相信 他能够改善他的超级电容器的存储能力，但他坦言人们不会开着一个只 靠电容器提供电量的电动汽车，而且这些电容器无法与昔日的锂电池相 媲美。

轻便的电脑

尽管如此，这样的电容器为拥有再生制动设备的混合动力汽车提供了极 大的优势。再生制动设备通过将运动的动能转变为电能来使汽车减速。 超级电容器完全适合收集能量的短脉冲，然后在汽车加速运行时把能量 放回系统中。这就意味着主电池可以变得更加小巧和轻薄，在运行时可 以维持更长时间。

据说，存储联盟的其他成员仍然热衷于消除传统混合动力汽车的电池。 瑞典复合材料研究机构设想将锂电池转变为复合结构材料。碳化纤维再 一次出人意料地成为研究的起点，因为传统锂电池的电极之一通常是由 石墨制成，而碳化纤维实质上是石墨线。

然而，电池很难扮演双重角色，因为他们的电解质通常是胶体或液体的。 因此，瑞典复合材料研究机构的研究小组正在研究制定一个混合物，这 个混合物包含坚韧的聚碳酸酯以及液态的电解质。该研究机构宣称这个 混合物终将可以和现在的锂电池相媲美。

瑞典负荷材料研究机构的“复合电池”最终可以为传统笔记本电脑和手 机提供轻型版本，或者研究者可以设计运行时间更久而不用再次充电的 新型机器。然而，这并不是一蹴而就的，因为碳化纤维复合材料价格不菲。 当它们最终投放市场，这种复合电池很可能只出现于一些高端产品。这 些高端产品或许不包括汽车。格林哈尔什说：“沃尔沃发现电动汽车的缺 点是钢板太重，它们不得不走向复合汽车，我们的材料具有很大优势。” 复合电池不会一直如此昂贵；它们可以利用低技术含量的材料制成，这种 材料如此实惠以至于你会毫不犹豫地使用它。2007 年，剑桥大学的两名 研究者提出混凝土墙壁，地板甚至车道都可以作为巨型电池使用。戈登. 波斯坦和艾瑞克. 施博科特认为由于混凝土具有无数微小的充满水的 小孔，它应该可以像离子电导体那样运行。当被钢阴极和铝阳极夹在中 间时，它们的电池原型确实可以生产出一股股的电流, 直到电极被腐蚀 而损坏。

这个没有希望的开端已经激发了新一轮的尝试，包括纽约州立大学布法罗分校的研究小组发明的混凝土碳酸 锌电池。三层混凝土复合电池的正极包 含炭黑和锌粉，电池的负极包含炭黑和 二氧化锰粉末。设想是这样的, 这些分 散均匀的物质可以提高电极和电解质 之间的电力连接。在一定程度上，这一 方法是行之有效的。测试证明他们的电 池蓄电能力仍然极其微小，每千克仅一 微瓦时，但是研究者称在调试电子和离 子电导率时加入盐或者聚合物应该能 够提高电池的性能。

考虑到在美国，平均每建造一个房屋 需要十二公吨混凝土，建造一个小型的 办公楼需要的混凝土比建造房屋要多 一千倍，混凝土电池将尤其对没有接入 电网的房屋提供大量电能，因为它可以 为商业用电或者从屋顶的太阳能光电板 顺利输出电能提供应急后备供应。现在， 你更喜欢将电源插入壁纸而不是壁纸 后面那堵墙。

超薄的电池受到了极大的欢迎，因为它为 一切事物提供了电能，从电子报纸到最 终的奇客时尚：带有像手机和音乐播放 器的衣服。施瑞尔佛. 梅塔认为纸自身 起到了关键作用。

梅塔经营了一家位于纽约特洛伊市的纸 质电池公司，主要经营储存电量的薄片， 这种薄片不仅能够放进传统电池无法放 进的地方，例如手机外壳中细小的缝隙， 而且几乎在任何情况下都能够代替纸和 薄塑料，而此时储蓄的电量也是一种额 外的收获。

电动折纸

他的电池是建立在一个研究小组的调 查研究基础之上的。该小组来自伦敦勒 理工学院，同样也是在特洛伊市。调查 显示我们可以用一片纤维素来储存能 量。研究小组将一个碳纳米纤维管序列 嵌入纤维素片的每一面，而这个纤维素 片在此之前已经吸收了离子液体。纳米 电子管形成了电极，而分散在纤维素内的气孔中的离子液体扮演电解质的角色。他们的材料成功储存了大约每千克 四十瓦时的电量。换句话说，十二片纤维素片所能提供的电量和AAA 电池一样。 尽管梅塔拒绝过多透露他们公司正在研发的被称为电力包装的材料，他说他 们的技巧是将不同的成分制成墨水，这样他们就可以通过把每一层材料按顺 序印刷而制造出一个电池。这样他们就可以利用高比能量制成超级电容器和 电池，而高比能量可以利用高速卷轴式生产得来。梅塔计划在未来两年内将 他设计发明的超薄电池投放市场。他说：“我们已经和使用我们电池原型的顾 客进行过洽谈。”

最终，公司将致力于将他们的超薄电池融入到电脑机壳或内层中，融入到汽车 内部以及房屋中。电力包装片可以和传统的置于屋顶下或者墙壁内外的膜片 一样运行，同时还能够使你在阳光不强或者没有风的时候从光伏板和涡轮机 中储存可再生能量。帮助伦敦勒理工学院研究这种材料的阿加延说：“你可以 以任何结构包装它。”

在水泥路上步态轻盈地前进。小心地合上你的笔记本机盖。我们暂时并不会 向AA 电池以及它同系列的产品说再见，但同时，让我们向日常生活中的这些最 普通不过的材料致敬。未来，它们也一定会值得我们尊敬的！

如果有一个物品既象征着二十一世 纪科技无与伦比的成功，同时又见 证了科技令人沮丧的失败，那这个 物品就一定是蓄电池了。每年我们 在电池上的花销大约是五百亿美 元，这笔资金大多是用于购买相机 电池、手机电池以及笔记本电池。 它们给予了我们父母给予不了的能 力。然而电池也很让人头疼，一方 面电池设计师们需要将一些小部件 安装在电池狭小的空间里，另一方 面当电池电量耗尽时，我们总是会 感到手足无措。

解决方案终究会到来。研究者开始 从根本上重新思考蓄电问题。他们 设想用现代生活中普遍使用的物品 例如塑料或者混凝土制品来储存电 能，他们认为这些制品应该能够储 存更多的电。使用这些我们熟悉的 材料作为制作电池的原料不仅能够 保持能量流向任何需要的地方，而 且能够发出电量耗尽的提示。未来， 你的智能手机中的塑料壳不仅能够 保护手机内部的电路正常运行，而 且能够使这些电路源源不断地提供 电流。家中的墙壁和地板也可以派 上用场，成为发电的设施。甚至再普 通不过的纸在发电方面也能起到重 要作用。

根据艾米丽. 格林哈尔什的设想， 首先会让你感觉到不同的是车子。 尽管未来的汽车看起来没什么变化， 但是它圆滑的车体不是由钢铁制成， 而是由重量极轻的复合材料制成。 如果伦敦帝国理工学院材料科学家格林哈尔什的设想实现的话，这样的车体将为你的汽车电动机提 供每日通勤所需要的电量。他说：“未来的汽车将从汽车车顶、发 动机盖以及车门等处获得能量。”

格林哈尔什的构想于2003 年形成，并得到英国政府研究机构与 国防科研研究室的鼓励和支持。他们追求一种用于无人驾驶飞机 的新型材料，这种材料不仅能够承载一定的重量，而且能够储存 电能。格林哈尔什和他的同事对这种新型材料很有兴趣，并开始 着手设计。

他们从一种彻底改变航天工业的材料——碳化纤维出发。这种原 料以强度高重量轻闻名，当用于强化塑料树脂时，它就变成牢固 坚韧的复合材料，这种复合材料常用于一级方程式赛车和梦幻波 音喷射客机。尽管这种碳化纤维复合材料并不是以储存电量著称， 但这种纤维却是良好的电导体，可以被用来储存电荷。来自瑞典哥 德堡市复合材料研究机构的雷夫说：“一些市场上可以买到的碳 化纤维运行起来和电极不相上下，这并不是我们所期待的。”

格林哈尔什决定不去建造电池而是研发另一种储存能量的装置，电容器，或者在此基础上加足马力建立一个超级电容器。 电池被电解分为正极和负极，当电池成为电路的一部分 时，不同电极之间电荷的差异使带电离子从电解中通过， 引起电流流动。因此，电池将电流以化学形式储存，而 在电容器中，所有电荷在电极中积聚。绝缘层将这些电 荷分离。电容器的固体性能够使电荷更容易负重。

创造一个能为小配件储存足够电量的电容器，关键是将 电极表面区域最大化。所以格林哈尔什将碳纳米管的竖 起的外层覆盖在每一个碳化纤维表面。然后他将被碳 纳米管外层覆盖的碳化纤维迂回嵌入两个平断面电极， 在不同电极之间加入一个绝缘玻璃纤维并包裹住聚合 树脂的一部分。

碳纳米管带来了意想不到的利润，它们不仅能够储存大 量电荷，而且还可以使超级电容器面板变得异常强大。 从某种程度上来说，这归功于碳纳米管的表面区域，因 为碳纳米管的表面区域能够在纤维和树脂之间创造更 好的纽带。同时，碳纳米管还能像钢缆那样从细长的碳化纤维中延伸出去而且能够防止碳化纤维在负重状态下变弯曲。研究的 结果是一个坚韧结实，重量极轻的面板可以储存每千克一瓦时的电量，大 约是传统超级电容器容量的二十分之一。

格林哈尔什现在是一个名为存储的全欧工程的首领，在这个工程中，他与 沃尔沃合作，旨在建造一个混合电能汽车。在车中，汽车底板上的大型铁 质面板将被复合材料制成的超级电容器所代替。为了压缩主电池以及减 少重金属，汽车重量需要削减百分之十五。然而，尽管格林哈尔什相信 他能够改善他的超级电容器的存储能力，但他坦言人们不会开着一个只 靠电容器提供电量的电动汽车，而且这些电容器无法与昔日的锂电池相 媲美。

轻便的电脑

尽管如此，这样的电容器为拥有再生制动设备的混合动力汽车提供了极 大的优势。再生制动设备通过将运动的动能转变为电能来使汽车减速。 超级电容器完全适合收集能量的短脉冲，然后在汽车加速运行时把能量 放回系统中。这就意味着主电池可以变得更加小巧和轻薄，在运行时可 以维持更长时间。

据说，存储联盟的其他成员仍然热衷于消除传统混合动力汽车的电池。 瑞典复合材料研究机构设想将锂电池转变为复合结构材料。碳化纤维再 一次出人意料地成为研究的起点，因为传统锂电池的电极之一通常是由 石墨制成，而碳化纤维实质上是石墨线。

然而，电池很难扮演双重角色，因为他们的电解质通常是胶体或液体的。 因此，瑞典复合材料研究机构的研究小组正在研究制定一个混合物，这 个混合物包含坚韧的聚碳酸酯以及液态的电解质。该研究机构宣称这个 混合物终将可以和现在的锂电池相媲美。

瑞典负荷材料研究机构的“复合电池”最终可以为传统笔记本电脑和手 机提供轻型版本，或者研究者可以设计运行时间更久而不用再次充电的 新型机器。然而，这并不是一蹴而就的，因为碳化纤维复合材料价格不菲。 当它们最终投放市场，这种复合电池很可能只出现于一些高端产品。这 些高端产品或许不包括汽车。格林哈尔什说：“沃尔沃发现电动汽车的缺 点是钢板太重，它们不得不走向复合汽车，我们的材料具有很大优势。” 复合电池不会一直如此昂贵；它们可以利用低技术含量的材料制成，这种 材料如此实惠以至于你会毫不犹豫地使用它。2007 年，剑桥大学的两名 研究者提出混凝土墙壁，地板甚至车道都可以作为巨型电池使用。戈登. 波斯坦和艾瑞克. 施博科特认为由于混凝土具有无数微小的充满水的 小孔，它应该可以像离子电导体那样运行。当被钢阴极和铝阳极夹在中 间时，它们的电池原型确实可以生产出一股股的电流, 直到电极被腐蚀 而损坏。

这个没有希望的开端已经激发了新一轮的尝试，包括纽约州立大学布法罗分校的研究小组发明的混凝土碳酸 锌电池。三层混凝土复合电池的正极包 含炭黑和锌粉，电池的负极包含炭黑和 二氧化锰粉末。设想是这样的, 这些分 散均匀的物质可以提高电极和电解质 之间的电力连接。在一定程度上，这一 方法是行之有效的。测试证明他们的电 池蓄电能力仍然极其微小，每千克仅一 微瓦时，但是研究者称在调试电子和离 子电导率时加入盐或者聚合物应该能 够提高电池的性能。

考虑到在美国，平均每建造一个房屋 需要十二公吨混凝土，建造一个小型的 办公楼需要的混凝土比建造房屋要多 一千倍，混凝土电池将尤其对没有接入 电网的房屋提供大量电能，因为它可以 为商业用电或者从屋顶的太阳能光电板 顺利输出电能提供应急后备供应。现在， 你更喜欢将电源插入壁纸而不是壁纸 后面那堵墙。

超薄的电池受到了极大的欢迎，因为它为 一切事物提供了电能，从电子报纸到最 终的奇客时尚：带有像手机和音乐播放 器的衣服。施瑞尔佛. 梅塔认为纸自身 起到了关键作用。

梅塔经营了一家位于纽约特洛伊市的纸 质电池公司，主要经营储存电量的薄片， 这种薄片不仅能够放进传统电池无法放 进的地方，例如手机外壳中细小的缝隙， 而且几乎在任何情况下都能够代替纸和 薄塑料，而此时储蓄的电量也是一种额 外的收获。

电动折纸

他的电池是建立在一个研究小组的调 查研究基础之上的。该小组来自伦敦勒 理工学院，同样也是在特洛伊市。调查 显示我们可以用一片纤维素来储存能 量。研究小组将一个碳纳米纤维管序列 嵌入纤维素片的每一面，而这个纤维素 片在此之前已经吸收了离子液体。纳米 电子管形成了电极，而分散在纤维素内的气孔中的离子液体扮演电解质的角色。他们的材料成功储存了大约每千克 四十瓦时的电量。换句话说，十二片纤维素片所能提供的电量和AAA 电池一样。 尽管梅塔拒绝过多透露他们公司正在研发的被称为电力包装的材料，他说他 们的技巧是将不同的成分制成墨水，这样他们就可以通过把每一层材料按顺 序印刷而制造出一个电池。这样他们就可以利用高比能量制成超级电容器和 电池，而高比能量可以利用高速卷轴式生产得来。梅塔计划在未来两年内将 他设计发明的超薄电池投放市场。他说：“我们已经和使用我们电池原型的顾 客进行过洽谈。”

最终，公司将致力于将他们的超薄电池融入到电脑机壳或内层中，融入到汽车 内部以及房屋中。电力包装片可以和传统的置于屋顶下或者墙壁内外的膜片 一样运行，同时还能够使你在阳光不强或者没有风的时候从光伏板和涡轮机 中储存可再生能量。帮助伦敦勒理工学院研究这种材料的阿加延说：“你可以 以任何结构包装它。”

在水泥路上步态轻盈地前进。小心地合上你的笔记本机盖。我们暂时并不会 向AA 电池以及它同系列的产品说再见，但同时，让我们向日常生活中的这些最 普通不过的材料致敬。未来，它们也一定会值得我们尊敬的！