紙電池，是用紙張作為載體的電池。紙電池是由銀和碳納米材料製成的特殊墨水，塗在紙張上製成“紙電池”，為輕型、高效的新型能源存儲帶來希望之光。
基本介紹
- 中文名：紙電池
- 外文名：paperbattery
- 特點：用紙張作為載體的電池
- 出現時間：2009年
- 功能：鋰離子電池功效的10倍
簡介,研究背景,性能數據,研究進度,美國,瑞典,台灣,市場前景,
簡介
紙電池是一種片狀纖維素所製成的電池，由於和片狀纖維素和紙相似，故得名。
它的製造方法是在片狀纖維素上面填滿了排列整齊的碳納米管。碳納米管是作為電極，用以導電。它的功用既像鋰離子電池，又像超級電容器。相較於一般傳統電池，它能提供一個長期，穩定的功率輸出，並像超級電容器一樣能快速放出高能量。一般傳統電池是將數個單獨的組件組合起來，然而紙電池卻是將所有的電池組件集合在一個單一的結構內，使之更加有效能。
研究背景
當前，電池(battery)重量與壽命一直阻礙電動汽車與貨車實現商業化發展。而這種紙電池可用來給電動車或混合動力車等提供動力，有助減輕電子產品的重量，延長產品壽命，以後還有可能帶動紙質電子產品的問世。
科研人員在研究報告中表示：利用成熟的紙張技術，將可傳導的紙用作集電器和電極，創造出了一種低成本、輕質且高效的能源儲備途徑。
性能數據
用於紙電池的納米材料是很特別的，是直徑極小的一維結構，有助納米材料製成的墨水緊緊粘在紙張上，令電池和超級電容器非常耐用，紙電容器壽命可能長達4萬個充電和放電周期。
與傳統電池相同，這種新型電池的組成部分也包括電極、電解液和隔離膜。具體而言，這種新型的紙電池是由植入了電極和電解液的纖維素紙構成，其中纖維素紙就起到了隔離物的作用。電極分別是加入纖維素中的碳納米管和覆蓋在纖維素製成的薄膜上的金屬鋰；而電解液就是六氟磷酸鋰溶液。美國倫斯勒理工學院的科學家就是通過把電池的三部分綜合到薄薄的一張紙上，而製成了這種新型紙電池。
研究顯示，在2伏的電壓下，這種新型紙電池每克能產生10毫安的電流。據介紹，這種新型的電池除了製作方法創新外，還具有很多重要的特性，比如說柔韌性。這種新型的紙電池由於成分主要是纖維素，因此保持了紙的一些特性，具有較好的柔韌性。根據實驗顯示，這種電池對溫度的適應能力相當強，在-70℃至150℃的溫度區間都能正常使用。
研究進度
美國
由美國倫斯勒理工學院的幾位科學家研製出來的一種薄如紙片，可剪裁、能摺疊的輕型“紙電池”引起了人們的關注。認為，由於這種紙電池具有諸多的性能，因此將會成為一種新型的能源存儲設備。這種電池避免了傳統電池會產生的金屬、鋰及鹼性化合物泄漏問題，對環境無害，可作為一般的家庭廢物加以處理。開發公司表示，這種電池價格也十分便宜，當能夠實現批量生產時，售價僅為一美分。Enfucell公司首席技術官、華人科學家張霞昌博士是這種紙質電池的主要研發者。張霞昌介紹說，這種電池可作為智慧卡、音樂賀卡和電子報紙等的電源，並可用於RFID（射頻識別）電子標籤。隨著RFID技術的迅速發展，這種紙質電池的潛在市場未來有望達到幾十億美元。
史丹福大學
美國加利福尼亞州史丹福大學的科學家在報告中說，他們已經成功地把塗上一層銀碳納米材料的紙轉變成“紙電池”，有望成為一種全新的輕型高效蓄能的方法。幫助塗層附著在紙上的同一特性使它附著在單壁碳納米管和鍍銀納米線薄膜上。初步的研究發現，利用矽納米線製成的電池，效率是用來給筆記本電腦等裝置供電的鋰離子電池的10倍。
瑞典
瑞典科學家2015年12月研製出了一種能作為電池的“紙”，其效率之高，所儲存的電能可以和市場上最好的超級電容電池相媲美。這是一種由納米纖維素——與套用在紙張中的纖維素類似——製成的材料。在高壓水柱的作用下，這種“紙”的纖維能做到只有20納米厚，相比之下，人的頭髮直徑約為100000納米，是該纖維厚度的5000倍。在納米纖維的外層，覆蓋著一層溶解在水溶液里的帶電聚苯乙烯塑膠。
台灣
台灣輝能科技公司自主研發的超薄柔性電池FLCB的厚度僅有 0.33mm，可以像紙一樣任意被裁剪，而且穿刺、撕裂、撞擊、甚至槍擊都不會導致漏液。FLCB 還能耐高溫，1300 攝氏度高溫噴槍火燒它也不會起火或爆炸。預計年中上市。
市場前景
這種紙電池與傳統電池相比，在儲存能源和充電周期壽命方面的表現一樣良好。實驗顯示，將碳納米管紙張放入傳統充電池，可減少20%重量。加州大學伯克萊分校化學教授楊培東認為，這種技術可在短期內商業化。
哈爾濱工業大學理學院套用化學系的孫克寧教授認為，每一種電池都是根據不同的需要而特別設計和發明的。由於不同的電池有不同的特性，所以某一種電池不可能是萬能的，這種新型紙電池也不例外。
新型紙電池作為一種新概念電池，運用前景肯定是有的。但是從公布的紙電池的生產方法上看，生產這種紙電池所需要的碳納米管的生產成本很高，不適合大批量生產，因此其實用性也是有限的。還只能把這種新型紙電池定位為一種探索性研究發明。由於工藝和其他方面的原因，它並不能替代廣泛使用的其他種類的電池，也不可能在短時間內占有市場。
對於筆記本電腦、手機、數位相機乃至汽車都是一種理想的驅動裝置。因為可塑性強，這種電池甚至可以被做成車門的形狀。在驅動微型醫療裝置(譬如心臟起搏器)方面有著其它電池不可比擬的優勢。研究者正在努力降低紙電池的成本，期望未來能夠像印刷報紙那樣，利用印刷技術大量製造電池。
