新型聚吡咯蓄电池

王祖远

电能可以储存吗？这似乎已不成问题了。用来储存电能的蓄电池问世已将近一个半世纪。铅蓄电池、镍镉蓄电池、镍铁蓄电池……相继出现。但是，电能的储存问题并没有得到彻底地解决；传统蓄电池不能保持长久供电，其使用期只有三年；用硫酸作电解液，重量也亟待减轻。特别需要指出的是，地球上铅的蕴藏量远非“取之不尽，用之不竭”。

“吡咯”的问世

理想的蓄电池应该是怎样的呢？简单地说，它必须有高的电压、大的电容量、较轻的重量和更长的使用期。科学家们为此做了大量的工作。他们采用锂合金和其它一些轻金属进行试验，试图首先通过减轻蓄电池的重量来提高单位电容量。传统的铅蓄电池正面临着一场严峻的挑战，人们对它已不再抱有很大的希望了。

能导电的特殊有机聚合物（在其成分中并没有加入通常能使塑料具有导电性的石墨炭）的合成，为蓄电装置的改革开辟了一条新路。这种有机聚合物之所以能导电，秘密在于它的分子中电子高度活跃；再经过摻杂，分子结构转变为新的、与金属相近的传导性能态。

在这些导电聚合材料中，聚吡咯引起了科学家们的极大兴趣。吡咯是一种无色液体，存在于煤焦油中，其沸点为130℃，难溶于水。吡咯比乙炔稍贵，不过，吡咯的聚合工艺却比乙炔聚合成本低得多。它不像乙炔聚合那样需要一套严格与水、氧隔离的复杂的催化系统，而是采用电化学电池的方法。用一只盛着含有吡咯的电解液的玻璃缸和一些调节和控制电流通过电池的仪器就可以制得聚吡咯。电流通过电解液使吡咯聚合，在电池的一根电极上形成一层聚吡咯薄膜。

在铂电极上合成的聚吡咯出乎意料地具有与铂几乎相同的性质。为什么有机聚合物的特性会与金属相同呢？这是因为聚合物本身存在这种特性呢？还是由于其结构疏松多孔，从电解液中析出的离子，绕开聚吡咯分子而直接打到电极上？

经研究发现，在钛电极表面合成了聚吡咯，并在它上面进行了通常在钛上不能进行的化学反应，上述问题得到了准确的回答：聚吡咯确实具有很强的导电性，而且与金属的导电能力十分接近。试验的结果还表明，除了导电性和其它许多特性之外，聚吡咯还可以储存电能。

“吡咯”的运用前景

从原理上讲，利用任何一种导体都能够储存电荷。以普通的电容器为例，极片面积越大，电容量就越大。但是，无论哪种电容器的电容量都不能与蓄电池相比，因为蓄电池是把电能转变成化学能而储存起来，也就是用电能合成新的化合物。而聚吡咯正具有这种本领。

当然，试验也遇到了一些问题。首先，从各次试验中合成的聚吡咯有着不同的电物理特性。为什么每次制取的聚吡咯会不相同呢？是不是仪器有误差？在每次试验之前它们都经过了严格的校准且使用的是同一只电化学电池；是否合成聚吡咯的电极表面受到了化学污染？在合成之前，电极要经过酸和过氧化物的蚀洗，然后用水冲净并迅速放入进行合成的溶液之中。而且，这种方法的可靠性经过了不止一代化学家们的检验。可以肯定，问题就出在吡咯本身所含的杂质上。

科学家利用紫外分光计、核磁共振和其它一些方法对吡咯进行检测，果然发现是吡咯的化学成分不纯。目前尚未弄清杂质的成分，提纯的方法也只有通过试验的手段加以选择。

此外，科学家们还发现，在电解液中坚固而富有弹性的聚吡咯，在空气中却变得很脆，并从进行合成的衬基上剥落下来，以致不能使用。

科学家们采用一种看来令人难以置信的方法弥补了这一不足。他们把聚吡咯“裹”上一层薄薄的聚氯乙烯。虽然聚氯乙烯是绝缘体，但由于它有许多气孔，因此，在溶液中并不阻碍离子向薄膜导体表面渗透。

目前，虽然还存在着一些尚待解决的问题。但经证实，聚吡咯的充电与放电的循环次数是无限的。

聚吡咯的成功合成在电池领域产生了巨大而深远的影响。聚吡咯蓄电池特别经久耐用，它的重量与铅蓄电池相比，几乎微不足道，新型塑料电极可以在盐性电解液，甚至直接在海水中完好地工作。新型蓄电池奠定了制造无污染电动汽车的基础。（编辑/起点）