产业气象站|可充电一万次,26岁华人天才的论文登上《自然》封面,砖头作电池

如果不是发表在顶级学术杂志《自然-通讯》上 , 我一定会以为谁又在用“砖头制作成电池”这么荒唐的事情做噱头造谣 。 砖头 , 也有叫“板儿砖” , 肯定大家都见过 , 它之所以能成为建筑材料 , 是因为它的主要构成化学物质在化学反应上都是“惰性”物质 。 砖头既不导电又不导热 , 分子结构稳定 , 很难与什么物质发生化学反应 。
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而可充放电池 , 本质上都是内部化学能和电能之间的相互转换 , 但砖头很难发生化学反应 , 那么它怎么能成为可充放的电池呢?
可充放的砖头电池如何实现
研究人员采用的是红砖 , 这种砖能成为红色 , 是由于其含有8%左右的氧化铁(赤铁矿(ar-Fe2O3)2) , 加上砖头是一种多孔结构 , 这两个属性让砖头变电池成为了可能 。
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研究人员把红砖在160摄氏度条件下添加盐酸蒸气 , 由于砖头的多孔结构 , 盐酸蒸气与砖头会充分接触 , 再使用气相沉积技术控制赤铁矿分解 , 释放铁离子 , 伴随氧化自由基聚合 , 这种由氧化铁诱发的聚合反应 , 就给整块砖头附上了一层PEDOT纳米纤维“外层” 。
PEDOT纳米纤维是一种导电高分子 , 具有电化学活性 , 可用于储能 。
研究人员给一半的砖头带正电 , 一半的砖头带负电 , 然后用铜带把它们连接起来 。 这实质上就是把砖块变成了电池 , 随时可以储存能量 。
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在4.5V电压下将一个串联砖头装置充电15秒 , 随后以2.685V电压放电 , 将一个白色LED灯点亮了11分钟 , 且可充放电次数高达10,000次 。 此外 , 在-20°C至60°C的环境下还可以放水 。
这篇脑洞大开的论文的第一作者 , 是一位才26岁就读博四的华人青年——王泓民 。
天才华人青年王泓民
在南京出生的王泓民 , 自小就对化学十分感兴趣 , 尤其是在创造新物质、新材料方面 。 在高中的时候 , 他就觉得老师讲的化学知识已经“喂不饱”他对化学强烈的好奇心了 , 于是从高二开始 , 利用课余时间就开始自学大学的化学课程 , 期间还获得了全国高中生化学竞赛江苏赛区二等奖 。
以优异成绩进入武汉大学的王泓民 , 得益于高中时对大学化学课程的自学 , 可以轻松应对本科学业 , 以至于能有大量的剩余时间和精力用于化学的研究 。
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大学毕业时 , 王泓民发表两篇综述和以第二作者身份发表了一篇科研论文 , 这些引起美国圣路易斯华盛顿大学的兴趣 。 最终美国圣路易斯华盛顿大学以全额奖学金 , 保送王泓民直接攻读博士 , 这就是为什么26岁的他就已经在读博四了 。
他的导师、美国圣路易斯华盛顿大学助理教授胡里奥·达西(JulioD’Arcy) , 是这样评价王泓民的:“不仅有天马行空的想法 , 还对化学的理解有超出常人的天赋 。 ”
胡里奥·达西(JulioD’Arcy)
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红砖作电池 , 就是王泓民天马行空中的一个 。 据他说 , 偶然一天他看到一座漂亮的红砖房子 , 就产生了:堆砌的红砖就像堆砌的电极 , 假如红砖能储电会怎么样呢?
就是这种偶然之间一个想法 , 让他开始了储电砖的研究 。
事实上 , 他不仅思维上天马行空 , 行动上也是放飞自我 。 长期睡到第二天中午才来实验室 , 兴致来了 , 可以研究到晚上三四点 。 他觉得白天研究太浪费了 , 因为晚上七点之后电镜上机费用有折扣 。 周末有了灵感便整日泡在实验室 , 而如果工作日“思维枯竭”、需要换换脑子时 , 就不去实验室 。