绿色电池:基于可再生生物分子的锂离子全电池

 
adma201505917-fig-0005作为当前应用最为广泛的能源储存器件之一,锂离子电池受到了广泛的关注。但是,随着电子社会的蓬勃发展,人们对锂离子电池的需求量与日俱增,这势必会出现两个方面的问题:1)由于矿物资源的日益枯竭,会导致其制造成本不断攀升;2)在服务役期满后,会产生大量的电子垃圾。

大自然经历了几十亿年的进化,大都具有最合理、最优化的宏观、微观结构,拥有最佳的综合性能,对科研问题的解决具有极强的启发性。生物体内的能量代谢活动,往往伴随着具有氧化还原活性的生物分子的化学转变过程,并且具有良好的可逆性和生物相容性。将这种可从生物体内提取的生物分子应用于能源储存活性材料,会使其具有如下的优点: 1)可再生生物分子资源丰富,有望降低材料成本;2)生物相容性好,可以通过多种途径降解;3)结构多样性,可通过分子修饰调控相应性能。

北京航空航天大学郭林教授课题组、王华副教授以绿色环保的可再生生物分子为出发点,首次成功制备了一款基于生物质材料的锂离子全电池。该课题组采用可从传统中药虎杖中提取的大黄素为正极材料,将自然界中广泛存在的大分子腐殖酸通过简单的锂化反应处理作为负极,分别研究了两种生物分子的储锂机理并制备了全电池,该全电池表现了较高的比容量和循环稳定性。同时,这款基于生物质的锂离子全电池的开路电压接近1.5 V, 实验证明它能驱动一款商业的电子手表,展示了潜在的应用前景。此外,由于该电池具有绿色环保、生物相容性好等优点,对发展可穿戴、可植入体内的医疗电子器械等都有促进作用。

该绿色电池将是下一代能源储存器件发展的新方向,为解决能源材料资源日益枯竭以及电子垃圾问题提供了新思路,具有一定的理论与现实意义。相关工作发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201505917)上。