據(jù)物理學家組織網(wǎng)二月十九日報道，美國科學家開發(fā)出一種直接以生物質(zhì)為原料的低溫燃料動力鋰電池。這種燃料動力鋰電池只需借助太陽能或廢熱就能將稻草、鋸末、藻類甚至有機肥料轉(zhuǎn)化為電能，能量密度比基于纖維素的微生物燃料動力鋰電池高出近100倍。相關(guān)論文已發(fā)表在《自然》雜志子刊《自然通訊》上。

盡管以甲醇或氫驅(qū)動的低溫燃料動力鋰電池技術(shù)得到長足發(fā)展，但由于聚合材料缺乏有效的催化系統(tǒng)，低溫燃料動力鋰電池技術(shù)一直無法直接使用生物質(zhì)作為燃料。新研究中，美國佐治亞理工學院的研究人員開發(fā)出的這種新型低溫燃料動力鋰電池，能夠借助太陽能或熱能激活一種催化劑，直接將多種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能。

這種技術(shù)，在室溫下就能對生物質(zhì)進行處理，對原材料的要求極低，幾乎適用于所有生物質(zhì)，如淀粉、纖維素、木質(zhì)素，甚至柳枝稷、鋸末、藻類以及禽類加工的廢料都能被用來發(fā)電。假如缺乏上述原料，水溶性生物質(zhì)或懸浮在液體中的有機材料也沒有問題。該設(shè)備既可以在偏遠地區(qū)以家庭為單位小規(guī)模使用，也可以在生物質(zhì)原料豐富的城市大規(guī)模使用。

生物質(zhì)燃料動力鋰電池的研究面對的難題是，具有碳—碳鏈的生物質(zhì)不易通過常規(guī)的催化劑，哪怕是昂貴的貴重金屬催化劑分解。為了解決這個問題，科學家研制出微生物燃料動力鋰電池，利用微生物和酶來分解生物質(zhì)。但這種方法的缺點是：微生物和酶只能選擇性地分解某些特定類型的生物質(zhì)，對原料的純度要求較高。

負責此項研究的佐治亞理工學院化學與生物分子工程學教授鄧玉林（音譯）和他的團隊通過引入外界能量來源來激活燃料動力鋰電池的氧化還原反應(yīng)。在新系統(tǒng)中，生物質(zhì)原料被磨碎后與一種多金屬氧酸鹽（POM）催化物溶液相混合，之后被置于陽光或熱輻射下。作為一種光化學和熱化學催化劑，POM既是氧化劑也是電荷載體。在光輻射或熱輻射下，POM會使生物質(zhì)發(fā)生氧化，將生物質(zhì)的電荷運送到燃料動力鋰電池的陽極，而電子則會被輸送到陰極，在陰極進行氧化反應(yīng)，通過外電路出現(xiàn)電流。鄧玉林表示，假如只是在室溫中將生物質(zhì)和催化劑混合，它們將不會發(fā)生反應(yīng)。但一旦將其暴露在光或熱中，反應(yīng)就會馬上開始。

實驗顯示，這種燃料動力鋰電池的運行時間長達20小時，這表明POM催化劑能夠再利用而無需進一步的處理。研究人員報告稱，這種燃料動力鋰電池的最大能量密度可達每平方厘米0.72毫瓦，比基于纖維素的微生物燃料動力鋰電池高出近100倍，接近目前效能最高的微生物燃料動力鋰電池。鄧玉林認為，在對處理過程進行優(yōu)化后應(yīng)該還有5倍到10倍的提升空間，未來這種生物質(zhì)燃料動力鋰電池的性能甚至有望媲美甲醇燃料動力鋰電池。

鄧玉林說：“新技術(shù)一個重要的優(yōu)點就是，它能夠在一個單一的化學過程中完成生物降解和發(fā)電。太陽能和生物質(zhì)能源是當今世界重要的兩種綠色能源，我們的系統(tǒng)將它們結(jié)合在一起出現(xiàn)電力，同時也減少了對化石燃料的依賴。”