使用生物质 改善锂电池 绿色日子未来都要靠它完成
【我国环保在线 清洁动力】前情概要：在本文上半部分，咱们介绍了离子液体的基本概念——在室温或许略高于室温的条件下处于液体的离子化合物，以及它的重要用处，即作为愈加安全环保的溶剂。鄙人半部分，咱们还将了解更多离子液体的潜在运用，而这些运用都与咱们的日子密切相关。
出品：科普我国
制造：魏昕宇
监制：我国科学院计算机网络信息中心 翻开生物质宝库的金钥匙
咱们知道，石油、煤炭、天然气等化石燃料现已成为现代社会赖以作业的根基之一。但是跟着化石燃料的日渐干涸，以及焚烧化石燃料排放二氧化碳构成的气候变暖等气候问题，人们不得不寻觅更具有可持续性的新动力。而在许多可再生能量来历中就包含了生物质，即地球上各种生物制造出来的有机物。作为新动力的生物质，当然不是要咱们走砍柴烧火的老路，而是着眼于对生物质进行精粹，将其转化为功能更高的液体或许气体燃料。在这一进程中，咱们还能够获取其它本来需求从化石燃料中提炼的重要化工质料，可谓一箭双雕。
现在，不少经过生物质精粹来获取燃料、或许化工质料的工艺现已适当老练。例如糖类经微生物发酵后得到的乙醇，不只能依照必定份额添参加汽油中作为轿车燃料运用，还能够与动植物油脂反响，得到能够代替柴油的生物柴油。乙醇还能够作为许多化工产品的质料，例如将其脱水后就得到乙烯，能够组成重要的塑料聚乙烯。
但是，这些办法尽管卓有成效，但其运用的目标主要是淀粉、糖、油脂等来自农产品的生物质，因而不可避免地要与粮食出产抢夺土地。在全世界依然有九分之一的人口未能脱节饥饿的情况下，这些运用生物质动力的手法不免遭人诟病。因而，不少范畴内科研人员以为，生物质动力要想真实开展，必须将运用目标转移到木质纤维素生物质。
所谓木质纤维素生物质，指的是由纤维素、半纤维素和木质素这三种天然高分子化合物组成的生物质，它们构成了绿色植物的骨干，能够说是植物生物质的代名词。木质纤维素生物质不只储量丰厚，并且它们不能被人体消化吸收。因而，假如把生物质动力的质料从农作物转化到木质纤维素，不只能够大大减轻对农业出产的依靠，并且还能够协助消化农产品加工的废料，例如秸秆、甘蔗渣等。而迈出这一步转化在理论上也并不困难：纤维素能够经过化学或许生物手法水解为葡萄糖，只需这一步做好了，咱们就能够将取之不尽用之不竭的木质纤维素资源与老练的生物质动力技术完成对接。
但是在实践中，正是纤维素水解这至关重要的步，让研讨人员较为头疼。由于分子间激烈的氢键，纤维素会构成细密的晶体，这使得它们无法溶解于大多数溶剂。假如不能构成溶液，纤维素的水解就很难地进行。走运的是，近年来研讨人员发现，许多离子液体能够经过损坏纤维素分子之间的氢键来溶解必定份额的纤维素，一些离子液体乃至能够将整个木质纤维素生物质全部吞下。一旦构成了溶液，咱们就有可能对纤维素进行进一步的处理，然后更好地运用大天然赋予咱们的宝库。
让锂离子电池更安全
2016年，手机制造商韩国三星公司的Note7手机在上市不久就屡次产生充电时爆破的事端，不只给用户带来财产损失，还导致各国航空公司出于安全考虑对三星Note 7手机公布“禁令”，一时成为颤动新闻。这一系列事端的元凶巨恶，正是手机运用的锂离子电池。
其实，这并不是锂离子电池次“无事生非”。在2006年，日本电子产品制造商索尼公司出产的锂离子电池就曾由于存在安全隐患，导致许多笔记本电脑被厂商召回。还有本年特斯拉电动轿车产生的屡次自燃事端，也被置疑与轿车运用的锂离子电池有关。
锂离子电池的安全事端频发，要归咎于它的“软肋”——电解质。当锂离子电池放电时，本来镶嵌在电池负极(一般为石墨)中的锂离子脱嵌出来向正极(一般为钴锂氧化物、磷酸锂铁等含锂化合物)移动；而当电池充电时，上述进程便反了过来，锂离子从正极移向负极并从头嵌入石墨中。为了确保锂离子电池能够正常作业，咱们需求供给一个液体介质，让锂离子能够在两个电极间自在移动，这个前言便是电解质。不只是锂离子电池，其它类型的电池相同离不开电解质这一要害组成部分。锂离子电池的作业原理(图片来历：Noshin Omar et al. Energies, 2012) 注：Charge mechanism -充电机理；discharge mechanism -放电机理；charger -充电器；load -负载；electrons -电子；current -电流；electrolyte -电解质；anode -阳极(电池放电时为负极)；cathode -阴极(电池放电时为正极)；separator -隔阂
常被用作电池电解质的，是离子化合物的水溶液。例如常见的一次性碳锌干电池运用的电解质，是氯化铵或许氯化锌溶于水构成的糊状物；而一次性碱性电池的电解质则是氢氧化钾这种强碱的水溶液，这也便是这种电池得名碱性电池的原因。
那么以此类推，只需将锂盐溶于水，咱们不就能够得到锂离子电池的电解质了吗？很不幸，这个一般情况下屡试不爽的办法，在这里却是行不通的，这是由于锂离子电池的作业电压太高，足以将水电解成氢气和氧气。因而在锂离子电池中，咱们只能用有机溶剂来代替水去溶解锂盐。但是这些有机溶剂尽管不会被电解，却具有易燃的缺陷。一旦锂离子电池产生毛病，有机溶剂被点着，其结果天然无法想象。
尽管锂离子电池屡次产生安全事端，但咱们仍是不得不依靠它，这是由于锂离子电池具有可重复充电、能量密度大等优势，在手机、笔记本电脑等便携式电子设备中，现有其他类型的电池还真的无法担任。特别是跟着锂离子电池用于电动轿车等新式交通工具，以及与太阳能、风能配套的储能设备，其运用规模还将进一步扩展。因而，前进锂离子电池的安全性刻不容缓。
已然锂离子电池安全隐患的本源是电解质中易燃的有机溶剂，咱们能否用不会焚烧的溶剂来代替它呢？方才说到，用水溶液做电解质是行不通的，那么剩余的挑选天然便是离子液体了。而事实上，离子液体也确实没有孤负科学家们的等待。
2010年来自加拿大的一项研讨标明，假如向传统的锂离子电池电解液中参加质量分数为40%的离子液体，电池的功能并没有遭到显着的影响，但电解液的易燃性明显下降，即使面临明晃晃的火焰也不会焚烧。有了这样的电解质，锂离子电池的安全隐患或许将完全成为前史。 向常用于锂离子电池电解质的有机溶剂中增加40%的离子液体后，溶剂就变得不再易燃，然后大大前进了锂离子电池的安全性。(图片来历：A. Guerfi et al. Journal of Power Sources, 2010)
不过，离子液体尽管在许多范畴都显现出了共同的优势，但适当一部分与之有关的运用依然停留在实验室研讨阶段。这背面的原因尽管多种多样，不过有几个颇具共性的“绊脚石”值得注意。
首要，与传统的溶剂比较，离子液体仍是贵了点儿。据预算，现在离子液体的价格在每公斤20美元左右，假如要想用离子液体替代传统的有机溶剂，其价格至少应该降至每公斤2.5美元左右，才会让习惯了克勤克俭的出产者觉得有利可图；
其次，许多离子液体尽管在室温下是液体，但黏度较高，活动性比起传统有机溶剂差了一大截，这就可能给出产和运用进程带来诸多不便。
第三，前期开发的离子液体大多简单吸湿，这在许多场合也是个麻烦事。例如许多离子液体尽管是纤维素的杰出溶剂，但其间一旦混入了少数的水分，对纤维素的溶解能力就会直线下降；别的，一些离子液体，例如前面说到的六氟磷酸盐，一旦遇水就会分化，释放出剧毒的氢氟酸，对运用者的人身安全是严峻的要挟。假如离子液体的运用必须在极度枯燥的条件下进行，也会让它们本身的优势大打折扣。除此之外，离子液体运用后怎么收回再运用，以及怎么下降某些离子液体的毒性，都是值得注意的问题。
毋庸置疑，离子液体往后的开展道路上依然有许多难关需求战胜。不过，几十年的实践告知咱们，这些会活动的盐确实可谓是前途无量。不断开展前进的离子液体，必将给咱们带来愈加绿色环保的日子。
(本文中图片来自公共版权与学术论文，均已标明来历)
原标题：运用生物质 改善锂电池 绿色日子未来都要靠它完成
