随着电动汽车需求的飙升,科学家们正在寻找制造可持续电池的材料。木质素,一种使树木变得木质的关键物质,正在成为强有力的竞争者。大约八年前,芬兰的一家主要造纸厂意识到世界正在发生变化,数字媒体的兴起、办公室打印的减少以及邮寄的日益普及——以及其他因素——意味着纸张已经开始稳步下降。这家公司的CEO称自己是“世界上最大的私人森林所有者之一”。所以该公司可以用来制造木制品、纸张和包装。现在该公司还想用废弃树木(垃圾)制造电池——电动汽车电池,只需8分钟即可充电。
该公司聘请工程师研究使用木质素的可能性,木质素是一种在树上发现的聚合物。一棵树大约有30%是木质素,这取决于树种——其余大部分是纤维素。科学家们解释道:“木质素是树木中的胶水,它将纤维素纤维粘合在一起,也使树木变得非常坚硬。”木质素是一种聚合物,含有碳,碳是制造电池中一种重要部件阳极的绝佳材料,手机中的锂离子电池有石墨阳极——石墨是碳的一种形式,具有层状结构。
该公司的科学家们决定,他们可以从一些工厂已经生产的废纸浆中提取木质素,并将木质素加工成电池阳极的碳材料。该公司正与瑞典一家刚刚创立不到两年的公司合作,计划在年量产木质素电池。随着越来越多的人购买电动汽车并在家中储存能源,预计未来几年全球对电池的需求将大幅增长。
年,全球电池库存每年需要增加几百千兆瓦时GWh,但据一家管理咨询公司称,随着世界逐渐远离化石燃料,到年,每年需要增加几百万兆瓦时。问题是,我们今天所依赖的锂离子电池很大程度上依赖于破坏环境的工业过程和过度采矿。此外,这些电池的一些材料有毒且难以回收,许多都来自人权记录不佳的国家。例如,制造合成石墨需要将碳加热至摄氏度(F),一次加热数周,根据该咨询公司的说法,这种能源通常来自中国的燃煤发电厂。
所以科学家们需要寻找更广泛可用的可持续电池材料。有人说我们可以在树上找到它们。“通常,所有的电池都需要一个阴极和阳极,分别是正极和负极,称为离子的带电粒子在它们之间流动。例如,当电池充电时,锂离子或钠离子会从阴极转移到阳极,在那里它们会像多层停车场中的汽车一样沉淀下来。”科学家们解释道。“在这种材料的停车场结构中,你想要的主要特性是,它可以很容易地吸收锂或钠,而且不会碎裂。”
当电池放电以便为电动汽车之类的东西供电时,离子会在释放电子后移回阴极——电子通过电路中的电线移动,将能量传递给车辆。“石墨是一种很有趣的材料,因为它作为一种可靠的阳极,能够使这种反应发生。包括木质素衍生的碳结构在内的替代品正在努力证明它们能够胜任这项工作。”科学家们解释说。