锂离子电池+维生素B2，更环保、更价廉、更简单

材料牛注：正如番茄和鸡蛋的结合可以使营养升值，成就一道佳肴。锂离子电池加上维生素B2，可以生产出更环保、价廉的电池。

多伦多大学科学家Dwight Seferos和同事创造出一种可以将能量储存在生物衍生单元中的锂离子电池。这种锂离子电池使用维生素B2中的核黄素作为阴极。这为更便宜、更适用于环境的消费类电子产品铺平了道路。这种电池和市售高能量锂离子电池相似，最大的一点不同是：它用维生素B2中的核黄素作为阴极。

“我们一直在寻找可以用在消费类电子产品中的复杂分子。”多伦多大学化学和聚合物纳米技术副教授Dwight Seferos说，“如果你可以得到自然界中结构复杂的材料，就不用花太多时间来制造新材料。”

目前，电池包括3个基本部分：
正极——和电池内部阴极相连；
负极——和电池内部阳极相连；
电解质——离子可以在电解质中的阳极和阴极之间迁移。

当手机、iPod、相机或其它需要能量的设备连接电池时，电池放电，阳极反应释放电子，电子从阳极（负极）流出，经过设备后流入阴极，离子通过在电解质溶液中迁移来平衡电荷。该过程持续产生电，直到两个电极中的一个或两个参与电极反应的材料被用光。当电池和充电器连接时，过程相反。

Schon, Seferos和同事在测试长链聚合物尤其是侧基聚合物时，发现了这种材料。侧基聚合物的分子连接在长链分子的骨架上。研究团队使用从转基因霉菌中获得的维生素B2，使用半合成工艺制造这种材料，转基因霉菌的两个核黄素单元连接到长链分子骨架上。“B2容易被氧化还原，所以它很适合应用于锂离子电池，”Seferos补充到，“B2可以同时接收两个电子，和很多其它可获得的分子相比，使用B2可以更容易获得高容量的电池。”

“我们做了很多研究才找到了合适的材料，并对材料做了反应测试，”博士生并且是该论文的合著者Tyler Schon说，“我们失败了很多次，这确实需要很大的毅力。”Seferos说，“有机化学就像是Lego（一种拼装玩具），你把东西按特定的顺序放好，看起来好像可以组合在一起，但事实却不可以。我们尝试了几种方法，第五种方法奏效了。”

尽管以前已经有人发明了生物衍生电池，但这是第一次用长链分子的生物衍生聚合物作为电极。这样可以让电池的能量储存在一个由维生素制成的塑料中。这取代了像钴这样对环境有害的金属材料，并使生产过程变得简单、成本低。

虽然目前只能做到助听器电池的规模，该研究团队希望他们的突破可以为下一代强大、薄、灵活、甚至是透明的无金属电池提供基础。随着物联网越来越多的使用电池供电的便携式设备，高容量和高电压的绿色电池变得越来越重要。Seferos说，“它是非常安全的天然化合物，原料可以食用。” Schon说， “这个过程还需要不断的探索，我们正在寻找可以重复充放电的新的材料。”

Advanced Functional Materials在2016年7月份对该研究团队的研究进行了报道。

参考原文链接：Chemists create vitamin-driven battery

本文由编辑部黄语嫣提供素材，朱晓秀编译，点我加入材料人编辑部。

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