三种可能彻底改变电池技术的新方法——彭博社

Coco Liu

2025-02-27

为减少电池对石墨的依赖，悉尼新南威尔士大学的研究人员通过将食物酸与铁等金属颗粒结合，开发出一种新型阳极材料。他们已成功研制出一枚硬币大小的电池原型。

来源：新南威尔士大学

储能技术是全球低碳转型的核心。

根据彭博新能源财经的分析，2023年全球储能市场新增装机容量达到创纪录的45吉瓦，约为2022年总量的三倍。随着电动汽车的普及和可再生能源的广泛部署，对电池和氢燃料电池的需求将持续增长。

但储能基础设施的快速扩张也带来代价。全球电动汽车热潮导致锂资源自2022年起出现供应短缺——尽管产量较2017年增长180%。为电池开采更多矿产的压力已威胁到全球一些规模最大、生物多样性最丰富且最脆弱的自然生态系统。

彭博绿色管道安全机构高层在特朗普施压下集体离职20亿美元投资组合的SRT交易吸引投资者涌入非洲市场参议院取消甲烷泄漏费油气行业获重大利好高盛实现80%可持续金融目标尽管削减DEI投入为应对这一挑战，科学家们正争相寻找可能彻底改变能源存储的新材料。虽然这些创新大多尚未实现商业化规模应用，但它们正助力全球清洁能源转型避免陷入停滞——或引发新的环境危机。

以下是三种有望净化能源存储方式的最新科学发现。

羽毛燃料电池

氢燃料电池虽提供零碳电力，却藏着一个污染秘密。传统质子交换膜（燃料电池中引发化学反应发电的核心组件）由含全氟化合物（PFCs）的聚合物骨架构成。这种"永久性化学物质"正如其名，能在环境中存留数百年甚至数千年，并与肥胖症、癌症、生育问题等众多健康风险相关联。

随着全球对氢燃料电池需求激增，其环境影响也将扩大。为此，瑞士苏黎世联邦理工学院和新加坡南洋理工大学的科学家正利用家禽业副产品研发替代材料。

燃料电池的核心是一种允许质子通过但阻挡电子的半透膜。科学家表示，这种由鸡毛制成的可生物降解膜能成为更环保的替代方案。图片来源：南洋理工大学苏黎世联邦理工学院材料科学家拉斐尔·梅赞加指出，鸡毛中90%的成分是角蛋白，这种纤维蛋白可提取转化为可生物降解膜，直接应用于氢燃料电池生产。每100克鸡毛可制成一平方米如发丝般厚度的膜。研究团队已在实验室中用该技术成功点亮LED灯，目前正评估新材料在工业环境中的性能表现。

全球监管机构正严厉打击永久性化学物质。欧盟已限制其在化妆品、食品包装等消费品中的使用，而美国也加强了政府监管。

梅赞加表示，目前角蛋白膜性能仍逊于传统产品。但根据其2023年与合著者发表的研究，利用农业废料作原料可使生产成本降低超50%。科学家预计规模化生产后将获得更大成本优势。

升级改造鸡毛还有助于解决全球家禽业面临的环境问题。由于鸡毛缺乏填充枕头和夹克所需的蓬松度和长度，大部分最终被填埋或焚烧，占用宝贵土地并加剧全球变暖。

用剩余葡萄酒和废铁制成的电池

如果拆开一块锂离子电池（不建议尝试），几乎总能发现石墨。这种柔软有光泽的深灰色矿物是制造阳极的主要材料，用于促进电荷流动。但石墨开采对人类健康和环境都有害。将原材料提纯为电池级原料还存在另一重风险，因为该过程涉及危险化学品。

为减少电池对石墨的依赖，澳大利亚研究人员通过将食物酸与铁等金属颗粒结合，创造出新型阳极材料。“这是石墨的直接替代品”，悉尼新南威尔士大学教授Neeraj Sharma如此评价其团队的专利创新。由于该阳极材料的原料可从工业废料中获取，Sharma表示他们的技术——能使电池储能达到传统电池的两倍——有望降低电动汽车电池的整体环境足迹。这意味着电动汽车驾驶者或许能用更小的电池获得同等续航。

但要将这一产品从实验室推向现实世界，研究人员仍需证明该材料的耐用性，并解决如何将硬币大小的电池原型扩大到商业规模的问题——这一过程将耗时数年。

西北大学研究员塞缪尔·斯塔普在实验室中。图片来源：西北大学### 构成电池替代品的分子

在美国西北大学的实验室里，科学家们设计出一种能在水中自组装的新型分子。科学家表示，最终产物是一种可像电池一样充电的新型材料。

领导这项研究的西北大学教授塞缪尔·斯塔普指出，这种新材料具有铁电特性，使其在电压作用下能够储存电能。

自1920年铁电材料首次被发现以来，已被广泛应用于储能领域。但传统铁电材料通常含有稀有或有毒金属，而西北大学研发的这种材料则不然。斯塔普表示，该材料对环境的影响要小得多。

斯塔普介绍，该分子结构中一半成分是氨基酸（广泛存在于蛋白质中，可从食物废料中提取），另一半虽由石油制成，但其分解难度远低于塑料等大多数石油基产品。“它具备潜在的可降解性”，斯塔普强调道。