如果有一個物品既象征著二十一世 紀科技無與倫比的成功，同時又見 證了科技令人沮喪的失敗,，那這個 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 電池,、手機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 面電池設計師們需要將一些小部件 安裝在電池狹小的空間里，另一方 面當電池電量耗盡時,，我們總是會 感到手足無措,。

解決方案終究會到來,。研究者開始 從根本上重新思考蓄電問題。他們 設想用現(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存電 能,，他們認為這些制品應該能夠儲 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,， 你的智能手機中的塑料殼不僅能夠 保護手機內(nèi)部的電路正常運行，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)電的設施。甚至再普 通不過的紙在發(fā)電方面也能起到重 要作用,。

根據(jù)艾米麗. 格林哈爾什的設想,， 首先會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合材料制成。 如果倫敦帝國理工學院材料科學家格林哈爾什的設想實現(xiàn)的話,，這樣的車體將為你的汽車電動機提 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) 動機蓋以及車門等處獲得能量,?！?/p>

格林哈爾什的構想于2003 年形成，并得到英國政府研究機構與 國防科研研究室的鼓勵和支持,。他們追求一種用于無人駕駛飛機 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 著手設計。

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 料以強度高重量輕聞名,，當用于強化塑料樹脂時，它就變成牢固 堅韌的復合材料,，這種復合材料常用于一級方程式賽車和夢幻波 音噴射客機,。盡管這種碳化纖維復合材料并不是以儲存電量著稱， 但這種纖維卻是良好的電導體,，可以被用來儲存電荷,。來自瑞典哥 德堡市復合材料研究機構的雷夫說：“一些市場上可以買到的碳 化纖維運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)另一種儲存能量的裝置,，電容器，或者在此基礎上加足馬力建立一個超級電容器,。 電池被電解分為正極和負極,，當電池成為電路的一部分 時，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,。因此，電池將電流以化學形式儲存,，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重,。

創(chuàng)造一個能為小配件儲存足夠電量的電容器，關鍵是將 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平斷面電極， 在不同電極之間加入一個絕緣玻璃纖維并包裹住聚合 樹脂的一部分,。

碳納米管帶來了意想不到的利潤,，它們不僅能夠儲存大 量電荷，而且還可以使超級電容器面板變得異常強大,。 從某種程度上來說,，這歸功于碳納米管的表面區(qū)域，因 為碳納米管的表面區(qū)域能夠在纖維和樹脂之間創(chuàng)造更 好的紐帶,。同時,，碳納米管還能像鋼纜那樣從細長的碳化纖維中延伸出去而且能夠防止碳化纖維在負重狀態(tài)下變彎曲。研究的 結果是一個堅韌結實,，重量極輕的面板可以儲存每千克一瓦時的電量,，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)在是一個名為存儲的全歐工程的首領,，在這個工程中,，他與 沃爾沃合作，旨在建造一個混合電能汽車,。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能力,，但他坦言人們不會開著一個只 靠電容器提供電量的電動汽車,，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設備的混合動力汽車提供了極 大的優(yōu)勢,。再生制動設備通過將運動的動能轉變?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沖,，然后在汽車加速運行時把能量 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，在運行時可 以維持更長時間,。

據(jù)說,，存儲聯(lián)盟的其他成員仍然熱衷于消除傳統(tǒng)混合動力汽車的電池。 瑞典復合材料研究機構設想將鋰電池轉變?yōu)閺秃辖Y構材料,。碳化纖維再 一次出人意料地成為研究的起點,，因為傳統(tǒng)鋰電池的電極之一通常是由 石墨制成，而碳化纖維實質(zhì)上是石墨線,。

然而,，電池很難扮演雙重角色，因為他們的電解質(zhì)通常是膠體或液體的,。 因此,，瑞典復合材料研究機構的研究小組正在研究制定一個混合物，這 個混合物包含堅韌的聚碳酸酯以及液態(tài)的電解質(zhì),。該研究機構宣稱這個 混合物終將可以和現(xiàn)在的鋰電池相媲美,。

瑞典負荷材料研究機構的“復合電池”最終可以為傳統(tǒng)筆記本電腦和手 機提供輕型版本，或者研究者可以設計運行時間更久而不用再次充電的 新型機器,。然而,，這并不是一蹴而就的，因為碳化纖維復合材料價格不菲,。 當它們最終投放市場,，這種復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)電動汽車的缺 點是鋼板太重,，它們不得不走向復合汽車，我們的材料具有很大優(yōu)勢,?！?復合電池不會一直如此昂貴；它們可以利用低技術含量的材料制成,，這種 材料如此實惠以至于你會毫不猶豫地使用它,。2007 年，劍橋大學的兩名 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. 施博科特認為由于混凝土具有無數(shù)微小的充滿水的 小孔,，它應該可以像離子電導體那樣運行。當被鋼陰極和鋁陽極夾在中 間時,，它們的電池原型確實可以生產(chǎn)出一股股的電流, 直到電極被腐蝕 而損壞,。

這個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,。三層混凝土復合電池的正極包 含炭黑和鋅粉,，電池的負極包含炭黑和 二氧化錳粉末。設想是這樣的, 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,，但是研究者稱在調(diào)試電子和離 子電導率時加入鹽或者聚合物應該能 夠提高電池的性能。

考慮到在美國,，平均每建造一個房屋 需要十二公噸混凝土,，建造一個小型的 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,，因為它可以 為商業(yè)用電或者從屋頂?shù)奶柲芄怆姲?順利輸出電能提供應急后備供應?，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,，因為它為 一切事物提供了電能，從電子報紙到最 終的奇客時尚：帶有像手機和音樂播放 器的衣服,。施瑞爾佛. 梅塔認為紙自身 起到了關鍵作用,。

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)營儲存電量的薄片,， 這種薄片不僅能夠放進傳統(tǒng)電池無法放 進的地方,，例如手機外殼中細小的縫隙， 而且?guī)缀踉谌魏吻闆r下都能夠代替紙和 薄塑料,，而此時儲蓄的電量也是一種額 外的收獲,。

電動折紙

他的電池是建立在一個研究小組的調(diào) 查研究基礎之上的。該小組來自倫敦勒 理工學院,，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存能 量。研究小組將一個碳納米纖維管序列 嵌入纖維素片的每一面,，而這個纖維素 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。他們的材料成功儲存了大約每千克 四十瓦時的電量,。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。梅塔計劃在未來兩年內(nèi)將 他設計發(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 客進行過洽談,。”

最終,，公司將致力于將他們的超薄電池融入到電腦機殼或內(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 一樣運行,，同時還能夠使你在陽光不強或者沒有風的時候從光伏板和渦輪機 中儲存可再生能量,。幫助倫敦勒理工學院研究這種材料的阿加延說：“你可以 以任何結構包裝它?！?/p>

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

如果有一個物品既象征著二十一世 紀科技無與倫比的成功，同時又見 證了科技令人沮喪的失敗,，那這個 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 電池,、手機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 面電池設計師們需要將一些小部件 安裝在電池狹小的空間里,，另一方 面當電池電量耗盡時，我們總是會 感到手足無措,。

解決方案終究會到來,。研究者開始 從根本上重新思考蓄電問題,。他們 設想用現(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存電 能，他們認為這些制品應該能夠儲 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,， 你的智能手機中的塑料殼不僅能夠 保護手機內(nèi)部的電路正常運行,，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)電的設施,。甚至再普 通不過的紙在發(fā)電方面也能起到重 要作用。

根據(jù)艾米麗. 格林哈爾什的設想,， 首先會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合材料制成,。 如果倫敦帝國理工學院材料科學家格林哈爾什的設想實現(xiàn)的話，這樣的車體將為你的汽車電動機提 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) 動機蓋以及車門等處獲得能量?！?/p>

格林哈爾什的構想于2003 年形成,，并得到英國政府研究機構與 國防科研研究室的鼓勵和支持。他們追求一種用于無人駕駛飛機 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 著手設計,。

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 料以強度高重量輕聞名,，當用于強化塑料樹脂時,，它就變成牢固 堅韌的復合材料，這種復合材料常用于一級方程式賽車和夢幻波 音噴射客機,。盡管這種碳化纖維復合材料并不是以儲存電量著稱,， 但這種纖維卻是良好的電導體，可以被用來儲存電荷,。來自瑞典哥 德堡市復合材料研究機構的雷夫說：“一些市場上可以買到的碳 化纖維運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)另一種儲存能量的裝置,，電容器,，或者在此基礎上加足馬力建立一個超級電容器。 電池被電解分為正極和負極,，當電池成為電路的一部分 時,，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,。因此,，電池將電流以化學形式儲存，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重,。

創(chuàng)造一個能為小配件儲存足夠電量的電容器,，關鍵是將 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平斷面電極， 在不同電極之間加入一個絕緣玻璃纖維并包裹住聚合 樹脂的一部分,。

碳納米管帶來了意想不到的利潤,，它們不僅能夠儲存大 量電荷，而且還可以使超級電容器面板變得異常強大,。 從某種程度上來說,，這歸功于碳納米管的表面區(qū)域，因 為碳納米管的表面區(qū)域能夠在纖維和樹脂之間創(chuàng)造更 好的紐帶,。同時,，碳納米管還能像鋼纜那樣從細長的碳化纖維中延伸出去而且能夠防止碳化纖維在負重狀態(tài)下變彎曲。研究的 結果是一個堅韌結實,，重量極輕的面板可以儲存每千克一瓦時的電量,，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)在是一個名為存儲的全歐工程的首領,，在這個工程中,，他與 沃爾沃合作，旨在建造一個混合電能汽車,。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能力,，但他坦言人們不會開著一個只 靠電容器提供電量的電動汽車,，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設備的混合動力汽車提供了極 大的優(yōu)勢,。再生制動設備通過將運動的動能轉變?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沖，然后在汽車加速運行時把能量 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,，在運行時可 以維持更長時間。

據(jù)說,，存儲聯(lián)盟的其他成員仍然熱衷于消除傳統(tǒng)混合動力汽車的電池,。 瑞典復合材料研究機構設想將鋰電池轉變?yōu)閺秃辖Y構材料。碳化纖維再 一次出人意料地成為研究的起點,，因為傳統(tǒng)鋰電池的電極之一通常是由 石墨制成,，而碳化纖維實質(zhì)上是石墨線。

然而,，電池很難扮演雙重角色,，因為他們的電解質(zhì)通常是膠體或液體的。 因此,，瑞典復合材料研究機構的研究小組正在研究制定一個混合物,，這 個混合物包含堅韌的聚碳酸酯以及液態(tài)的電解質(zhì)。該研究機構宣稱這個 混合物終將可以和現(xiàn)在的鋰電池相媲美,。

瑞典負荷材料研究機構的“復合電池”最終可以為傳統(tǒng)筆記本電腦和手 機提供輕型版本,，或者研究者可以設計運行時間更久而不用再次充電的 新型機器。然而,，這并不是一蹴而就的,，因為碳化纖維復合材料價格不菲。 當它們最終投放市場,，這種復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)電動汽車的缺 點是鋼板太重,，它們不得不走向復合汽車,，我們的材料具有很大優(yōu)勢?！?復合電池不會一直如此昂貴,；它們可以利用低技術含量的材料制成，這種 材料如此實惠以至于你會毫不猶豫地使用它,。2007 年,，劍橋大學的兩名 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. 施博科特認為由于混凝土具有無數(shù)微小的充滿水的 小孔,，它應該可以像離子電導體那樣運行,。當被鋼陰極和鋁陽極夾在中 間時，它們的電池原型確實可以生產(chǎn)出一股股的電流, 直到電極被腐蝕 而損壞,。

這個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。三層混凝土復合電池的正極包 含炭黑和鋅粉,，電池的負極包含炭黑和 二氧化錳粉末,。設想是這樣的, 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,，但是研究者稱在調(diào)試電子和離 子電導率時加入鹽或者聚合物應該能 夠提高電池的性能,。

考慮到在美國，平均每建造一個房屋 需要十二公噸混凝土,，建造一個小型的 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，因為它可以 為商業(yè)用電或者從屋頂?shù)奶柲芄怆姲?順利輸出電能提供應急后備供應?，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,，因為它為 一切事物提供了電能，從電子報紙到最 終的奇客時尚：帶有像手機和音樂播放 器的衣服,。施瑞爾佛. 梅塔認為紙自身 起到了關鍵作用,。

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)營儲存電量的薄片,， 這種薄片不僅能夠放進傳統(tǒng)電池無法放 進的地方,，例如手機外殼中細小的縫隙， 而且?guī)缀踉谌魏吻闆r下都能夠代替紙和 薄塑料,，而此時儲蓄的電量也是一種額 外的收獲,。

電動折紙

他的電池是建立在一個研究小組的調(diào) 查研究基礎之上的。該小組來自倫敦勒 理工學院,，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存能 量。研究小組將一個碳納米纖維管序列 嵌入纖維素片的每一面,，而這個纖維素 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,。他們的材料成功儲存了大約每千克 四十瓦時的電量,。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,。梅塔計劃在未來兩年內(nèi)將 他設計發(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 一樣運行，同時還能夠使你在陽光不強或者沒有風的時候從光伏板和渦輪機 中儲存可再生能量,。幫助倫敦勒理工學院研究這種材料的阿加延說：“你可以 以任何結構包裝它,。”

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