浙大学者创新研究:酿酒的霉菌能做电池 续航能力强

中研股份2018年10月22日讯  霉菌有许多危害,但人们又总能发现其意想不到的用途。大名鼎鼎的青霉素就是在一次偶然中被发现的。夏新辉研究员研究霉菌,则是从几个发霉的烂橙子开始的。他和博士生钟宇在扫描电子显微镜下仔细查看了这些霉菌孢子的结构,突然意识到这也许能用来破解新一代电池研发中遇到的难题。

煮熟的大米放久了会产生米曲霉菌,人们很早就学会用它来酿酒。浙大材料科学与工程学院夏新辉研究员日前找到了米曲霉菌的一项新功能——制备拥有长续航能力的电池。生物材料“跨界”进入能源领域,这一极富创造性的成果近日在国际著名期刊《先进材料》(Advanced Materials)发表。

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浙大学者创新研究:酿酒的霉菌能做电池 续航能力强

研发新一代锂离子动力电池纳入了多个国家重点研发计划,一个关键的措施是找到新型的电池正极材料。“现在人们普遍看好硫元素,它容量密度高、能量足,能让电池更高效地储存能量,提高续航能力。” 夏新辉说,但单质硫存在一个致命弊端,就是硫本身绝缘,且反应的中间产物会溶于电池的电解液中,损失很快,意味着续航能力不行。所以锂硫电池的强大属性目前仅停留在理论层面,一直未能商用。

霉菌孢子碳进入夏新辉的视野,正是因为其生物结构能为硫元素提供一处好“房子”,进而克服这些弊端。“在导电性能好的‘房子’里把硫安顿好后,才能让这一元素真正发挥储能作用。”夏新辉说。

科研人员发现,霉菌孢子及其碳化改性后的孢子碳材料具有非常特殊的多孔微纳结构,在小小的体积里有很高的表面积,这样既能储存更多的硫,对反应中间物也有很好的吸附效果。霉菌孢子中的各种蛋白质在高温碳化后留下了氮、磷等元素,它们掺杂在碳材料中,进一步增强导电性,并能从多个维度改善电池性能。

为了找到表现最优异的霉菌种类,夏新辉课题组做了许多尝试。浙大玉泉校区北门外有一个水果摊,店主把各种烂水果送给课题组作为实验材料。“我们最终发现,米曲霉菌和木霉菌结构功能好,又适合大规模培养。”钟宇说,于是他们又向食堂收集煮熟的废弃大米。

目前,在夏新辉团队的实验室里,用住进米曲霉菌孢子碳里的硫元素制备的高能硫锂电池,续航能力比市场上最好的电池高出3倍,产业化前景看好。

相关数据显示,我国每年因霉变造成的食材和货物损失高达2100万吨,其中保存期限较短的食物和果蔬的损失更是数不胜数。夏新辉说,若能将上述废弃粮食果蔬重新发酵利用,用于制备霉菌孢子碳材料,可产生良好的经济效应。

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