电池如何才能更可持续?这位年轻科学家或许有答案

Batteries sit in a collection box at a recycling centre in London December 8, 2009. REUTERS/Kevin Coombs (BRITAIN) - LF1E5C90Z9H01
Is polymer the future of batteries?Image: REUTERS/Kevin Coombs (BRITAIN) - LF1E5C90Z9H01
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作为我们探索科学研究前沿系列的一部分,我们采访了世界经济论坛青年科学家乔迪·卢特肯豪斯,她是得克萨斯农工大学化学工程副教授,also担任威廉与露丝·尼利教席研究员。乔迪正在利用有机聚合物的力量,开发替代能源资源。

你正在努力解决的重大问题是什么?

电池是第四次工业革命的重要组成部分,因为它们正在为新一代电动汽车和移动电子设备提供动力。然而,电池很少被回收利用,而且其中含有稀缺的宝贵材料。随着电动汽车的普及迅速扩大,我们迫切需要解决这一材料压力问题——途径包括开发全新的、可持续且可回收的组件,或促进现有电池的回收利用。

你试图用来解决这一问题的重大构想是什么?

我设想,未来的电池将是无金属、有机且可回收的。市场上几乎所有电池都含有钴、锂、镍和锰等金属,这些金属有助于储存和传递能量或电子。我们一直在开发一类能够储存和传递电子的有机聚合物,其性能与当今的电池材料相似。这些聚合物含有生命中常见的元素:碳、氢、氧和氮。我们的长期目标是找出能够最大化性能、同时提供可回收平台的有机聚合物化学体系。截至目前,这些材料的主要优势在于能够在数分钟内充满电,而当今的电池则可能需要长得多的时间。

你会如何向一个5岁的孩子解释这一点?

我们用塑料制造电池。想象一下,使用类似塑料袋的材料,并将其设计为为你的手机供电。

这段历程中最困难、最具挑战性的部分是什么?

有些人认为聚合物在电池中没有用武之地,因此要说服他们改变看法并不容易。例如,我经常听到人们对我们的材料在电池恶劣环境中的稳定性表示怀疑。然而,我们的材料可以重复使用数千次。随着越来越多的人投身这一领域并研究这些材料,我预计这种怀疑终将转变为好奇。

人们最不了解、却最令人震惊的事实是什么?

当我与人们谈论聚合物或塑料时,他们通常想到的是塑料袋、包装以及用于建筑或交通运输的材料。当他们得知某些聚合物能够导电、作为传感器变色或储存能量时,往往会感到惊讶。对我而言,聚合物令人兴奋,因为只要运用正确的化学原理,我们几乎可以让它们做任何事情。

你的工作有没有一段有趣的背景故事?

我一直对能够储存能量的聚合物很感兴趣,但参加2017年全球电池联盟(在世界经济论坛新领军者年会期间举行)彻底改变了我的看法。在那次会议上,讨论了全球钴需求以及童工问题的危害。我当即受到启发,决定运用我在能源储存用有机聚合物方面的知识和专长来攻克这一难题。我们距离真正实现无金属、可回收的电池仍有一段距离,但每年我都为我们又向前迈进一步而感到欣慰。

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