新型聚吡咯蓄電池

王祖遠(yuǎn)

電能可以儲(chǔ)存嗎？這似乎已不成問(wèn)題了。用來(lái)儲(chǔ)存電能的蓄電池問(wèn)世已將近一個(gè)半世紀(jì)。鉛蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳鐵蓄電池……相繼出現(xiàn)。但是，電能的儲(chǔ)存問(wèn)題并沒有得到徹底地解決；傳統(tǒng)蓄電池不能保持長(zhǎng)久供電，其使用期只有三年；用硫酸作電解液，重量也亟待減輕。特別需要指出的是，地球上鉛的蘊(yùn)藏量遠(yuǎn)非“取之不盡，用之不竭”。

“吡咯”的問(wèn)世

理想的蓄電池應(yīng)該是怎樣的呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，它必須有高的電壓、大的電容量、較輕的重量和更長(zhǎng)的使用期?？茖W(xué)家們?yōu)榇俗隽舜罅康墓ぷ鳌Ｋ麄儾捎娩嚭辖鸷推渌恍┹p金屬進(jìn)行試驗(yàn)，試圖首先通過(guò)減輕蓄電池的重量來(lái)提高單位電容量。傳統(tǒng)的鉛蓄電池正面臨著一場(chǎng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人們對(duì)它已不再抱有很大的希望了。

能導(dǎo)電的特殊有機(jī)聚合物（在其成分中并沒有加入通常能使塑料具有導(dǎo)電性的石墨炭）的合成，為蓄電裝置的改革開辟了一條新路。這種有機(jī)聚合物之所以能導(dǎo)電，秘密在于它的分子中電子高度活躍；再經(jīng)過(guò)摻雜，分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌?、與金屬相近的傳導(dǎo)性能態(tài)。

在這些導(dǎo)電聚合材料中，聚吡咯引起了科學(xué)家們的極大興趣。吡咯是一種無(wú)色液體，存在于煤焦油中，其沸點(diǎn)為130℃，難溶于水。吡咯比乙炔稍貴，不過(guò)，吡咯的聚合工藝卻比乙炔聚合成本低得多。它不像乙炔聚合那樣需要一套嚴(yán)格與水、氧隔離的復(fù)雜的催化系統(tǒng)，而是采用電化學(xué)電池的方法。用一只盛著含有吡咯的電解液的玻璃缸和一些調(diào)節(jié)和控制電流通過(guò)電池的儀器就可以制得聚吡咯。電流通過(guò)電解液使吡咯聚合，在電池的一根電極上形成一層聚吡咯薄膜。

在鉑電極上合成的聚吡咯出乎意料地具有與鉑幾乎相同的性質(zhì)。為什么有機(jī)聚合物的特性會(huì)與金屬相同呢？這是因?yàn)榫酆衔锉旧泶嬖谶@種特性呢？還是由于其結(jié)構(gòu)疏松多孔，從電解液中析出的離子，繞開聚吡咯分子而直接打到電極上？

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在鈦電極表面合成了聚吡咯，并在它上面進(jìn)行了通常在鈦上不能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，上述問(wèn)題得到了準(zhǔn)確的回答：聚吡咯確實(shí)具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，而且與金屬的導(dǎo)電能力十分接近。試驗(yàn)的結(jié)果還表明，除了導(dǎo)電性和其它許多特性之外，聚吡咯還可以儲(chǔ)存電能。

“吡咯”的運(yùn)用前景

從原理上講，利用任何一種導(dǎo)體都能夠儲(chǔ)存電荷。以普通的電容器為例，極片面積越大，電容量就越大。但是，無(wú)論哪種電容器的電容量都不能與蓄電池相比，因?yàn)樾铍姵厥前央娔苻D(zhuǎn)變成化學(xué)能而儲(chǔ)存起來(lái)，也就是用電能合成新的化合物。而聚吡咯正具有這種本領(lǐng)。

當(dāng)然，試驗(yàn)也遇到了一些問(wèn)題。首先，從各次試驗(yàn)中合成的聚吡咯有著不同的電物理特性。為什么每次制取的聚吡咯會(huì)不相同呢？是不是儀器有誤差？在每次試驗(yàn)之前它們都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的校準(zhǔn)且使用的是同一只電化學(xué)電池；是否合成聚吡咯的電極表面受到了化學(xué)污染？在合成之前，電極要經(jīng)過(guò)酸和過(guò)氧化物的蝕洗，然后用水沖凈并迅速放入進(jìn)行合成的溶液之中。而且，這種方法的可靠性經(jīng)過(guò)了不止一代化學(xué)家們的檢驗(yàn)。可以肯定，問(wèn)題就出在吡咯本身所含的雜質(zhì)上。

科學(xué)家利用紫外分光計(jì)、核磁共振和其它一些方法對(duì)吡咯進(jìn)行檢測(cè)，果然發(fā)現(xiàn)是吡咯的化學(xué)成分不純。目前尚未弄清雜質(zhì)的成分，提純的方法也只有通過(guò)試驗(yàn)的手段加以選擇。

此外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，在電解液中堅(jiān)固而富有彈性的聚吡咯，在空氣中卻變得很脆，并從進(jìn)行合成的襯基上剝落下來(lái)，以致不能使用。

科學(xué)家們采用一種看來(lái)令人難以置信的方法彌補(bǔ)了這一不足。他們把聚吡咯“裹”上一層薄薄的聚氯乙烯。雖然聚氯乙烯是絕緣體，但由于它有許多氣孔，因此，在溶液中并不阻礙離子向薄膜導(dǎo)體表面滲透。

目前，雖然還存在著一些尚待解決的問(wèn)題。但經(jīng)證實(shí)，聚吡咯的充電與放電的循環(huán)次數(shù)是無(wú)限的。

聚吡咯的成功合成在電池領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大而深遠(yuǎn)的影響。聚吡咯蓄電池特別經(jīng)久耐用，它的重量與鉛蓄電池相比，幾乎微不足道，新型塑料電極可以在鹽性電解液，甚至直接在海水中完好地工作。新型蓄電池奠定了制造無(wú)污染電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)。（編輯/起點(diǎn)）