啤酒厂废水——新兴电池能源

材料牛注：材料学的发展从来与环境保护密不可分。最近，科学家们发现一种将啤酒厂废水用作电池材料制备原料的方法，不仅免去了废水处理的麻烦和问题，还极大地降低了电池的成本，可谓一举两得。

微电子研究中心薄膜光伏太阳能电池研究组组长Tom Aernouts评论道：“这一科研成果的取得在很大程度上要感谢三个世界领先的机构彼此之间的默契合作，优势互补。”比利时微电子研究中心在半透明钙钛矿太阳能电池的制备上起到主导作用，氢能研究中心是研究铜铟镓硒化合物太阳能电池的领先院所，并保持着铜铟镓硒化合物薄膜太阳能电池22.6％的转换效率纪录，这一纪录保持装置正是新电池的基本组成部分。由Ulrich W. Paetzold博士领导的卡尔斯鲁厄理工学校亥姆霍兹研究所主攻这些组件在光学方面的研究，他们研制了能够大幅提高光捕捉的新型纳米光学材料。

日前，科罗拉多大学的工程师发明了一种生物合成方法，这种方法可以利用啤酒厂废水产生的生物有机物制备碳材料，并用此研制储能电池。

这一发明使得啤酒厂和电池厂实现双赢模式：啤酒商减少了一大笔废水处理开销，而电池厂得到一种更为划算、可再生的天然电池材料。科罗拉多大学土木、环境和建筑工程系的研究生兼这一发现的论文一作Tyler Huggins 说：“每生产一桶啤酒，啤酒厂就要用掉七桶水。这些废水不能直接排入下水道，它们还需进一步过滤。”

这一将生物质材料转化为电池电极用碳材料的方法已经在许多能源行业得到了应用。但是，天然生物质材料使用量极为有限，常常出现供不应求的情况，原因在于它们在精炼过程中质量受损，改变了化学成分，这也导致它们的价格居高不下，性能难以优化。

然而，科罗拉多大学的研究员们还是充分利用了生物系统的卓越效能：他们在科罗拉多啤酒厂的多糖废水中培养快速繁殖的真菌，以此来建立一种特殊的结构和化学反应。

Huggins说：“我们乐于处理这些废水，它们营养丰富，适合真菌生长。”通过利用废水培育原料，科研人员能够很方便地从头观察真菌的物理化学反应过程。由此，他们制备了一种最高效的天然锂电池电极材料，同时对废水进行了清洁。这一研究成果发表在美国化学学会的期刊Applied Materials & Interfaces上。

如果这项技术能够大规模推广的话，啤酒厂就可以省下一大笔处理废水的开销，同时电池厂也可以获得一种先进电池材料的廉价培育介质。

科罗拉多大学土木、环境与建筑工程学院副教授兼新发明的合作者Zhiyong Jason Ren 说：“这一方法的新颖之处在于将自顶向下制备技术转变为自底向上。我们利用生物技术，将这一材料从零设计。”

原文链接：Turning brewery wastewater into battery power

文献链接：Controlled Growth of Nanostructured Biotemplates with Cobalt and Nitrogen Codoping as a Binderless Lithium-Ion Battery Anode

本文由编辑部杨树提供素材，张文扬编译，点我加入材料人编辑部。