电能能否贮存?回答可能是很轻松的。在一个半世纪以来,已经创造出用作贮存电能的各种蓄电池_铅蓄电池、锡 - 镍蓄电池、铁 - 镍蓄电池。但贮存电能的问题解决了没有呢?最简单是听听汽车爱好者的意见,回答是否定的。现有蓄电池不能经受大量放电,使用寿命短——只有三年,重量有待减轻,电解液是酸。还有十分重要的一点一铅在地球上的贮存量有限。
理想的蓄电池应该是怎样的呢?列出对它的要求并不困难,蓄电池应该是有无限大的电动势、无限大的容量、无限小的重量及无限长的使用寿命。当然,所有这些优点不是明天或者后天就可以达到的。因此,专家们首先设法降低蓄电池的重量,或者用另一种说法,用降低重量的办法来提高蓄电池的比能量。
卡尔波夫物理化学研究院所属的科洛狄尔基金属锈蚀和电化学分院研究的是合成不寻常的有机聚合物,这种聚合物有导电能力,但在其组合成分中不包含通常能促使塑料具有导电性的石墨或者炭黑。新聚合物导电的秘密,在于聚合物分子中电子的高活动性,而且在常规合成时,变成具有与金属类似导电性的新动力学状态。
大部分的专家们对聚吡咯感到兴趣。吡咯是煤焦油中包含着的一种无色液体,在130℃时难溶于水。与乙炔相比(乙炔经过聚合成为聚乙炔并加入合金元素后,亦同样具有导电性),吡咯传导较慢而价格较高。可是与乙炔不同,对吡咯进行聚合却要便宜许多倍。替代带有液体及酸的复杂接触系统,专家们采用了电化学单元,简单地说,就是装有含吡咯的电解液的玻璃容器及充放电装置。
电流迫使吡咯起聚合作用,在单元的一个电极中形成聚吡咯薄膜。要改进电的特性也是简单的,只要借助电流,在形成的薄膜中加入需要的混合物。
聚吡咯的合成结果,使专家们受到很大鼓舞。专家们知道生产过二硫酸盐——在许多化学生产中的一种强氧化剂——的生产过程比较昂贵。电极在生产过程中(过二硫酸盐可以用电化学工艺生产)相当容易损坏。为了提高电极的耐用性,研究采用新的合成材料。
专家们多次地从已有的材料中证明,通过电极放出电流,会改变电极间的电位。但是对于聚吡咯来说,首先得到完全不同的结果。合成在薄片上的聚吡咯铺得十分均匀,好似白金一样。为什么有机聚合体像金属那样有规则?聚合物的什么性质使溶液中的离子,绕过聚吡咯的分子直接落在电极上?
准确的回答,只能在钛电极表面上合成聚吡咯,并观察在钛上进行的化学反应。通常在钛上是不会发生化学反应的。明确了:聚吡咯的导电性实际上是很高的,接近于金属的导电能力,研究了聚吡咯的导电性及其他性质以后所获得的结果,可以进一步研究聚吡咯贮存电能的性能。
原则上,可以利用任何导体聚积电荷,平常的电容器就是例子。电容器的极片面积愈大,电容量亦愈多。但是有趣的是任何电容器的电容量都比蓄电池小,事实上蓄电池贮存电能是将电能转化为化学反应能,也就是利用电能合成了新的化学物质。
同样的,聚吡咯能出现这样的性能吗?
用紫外线分光仪、磁核共振法及其他方法,对吡咯进行研究。已经查明吡咯实际上在化学性上是不纯的,难以确定全部的组合成分。用经验方法挑选了提纯的工艺。解决了这个问题以后,专家们面临新的问题。研究者们观察到在电极上有弹性的和坚实的聚吡咯,移置空气中,便变脆并开始从基层上剥落。于是,不能进一步利用。聚合物中的“小孔”——多孔性,是由于基层的缘故,并不是聚合物本身的原因。
这些缺点骤看起来似乎难以解决。聚吡咯沉淀成聚氯乙烯薄膜,聚氯乙烯通常用作电缆的绝缘,也就是说它的绝缘体。但是,聚氯乙烯具有绝缘性是有条件的——它有微孔,在溶液中实际上不能阻止离子渗入导体薄膜的表面。迄今已经查明,对于聚吡咯来说,充放电的循环次数实际上是无限的。
已经查明,聚吡咯蓄电池将有不寻常的使用寿命。用新薄片做成的电极可以良好地工作于用盐加工的电解液中。简单地说,甚至可以用海水。
聚吡咯蓄电池的重量没有与相应的蓄电池作过比较。在应用电技术面前,聚吡咯蓄电池具有十分诱人的前景。例如,开发蓄电池作动力的汽车。新型算电池还为制造“清洁汽车”开辟了道路。
[Знание-сила,1985年10月]