新型聚吡咯蓄電池

王祖遠

電能可以儲存嗎？這似乎已不成問題了。用來儲存電能的蓄電池問世已將近一個半世紀。鉛蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳鐵蓄電池……相繼出現。但是，電能的儲存問題并沒有得到徹底地解決；傳統蓄電池不能保持長久供電，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，地球上鉛的蘊藏量遠非“取之不盡，用之不竭”。

“吡咯”的問世

理想的蓄電池應該是怎樣的呢？簡單地說，它必須有高的電壓、大的電容量、較輕的重量和更長的使用期。科學家們為此做了大量的工作。他們采用鋰合金和其它一些輕金屬進行試驗，試圖首先通過減輕蓄電池的重量來提高單位電容量。傳統的鉛蓄電池正面臨著一場嚴峻的挑戰，人們對它已不再抱有很大的希望了。

能導電的特殊有機聚合物（在其成分中并沒有加入通常能使塑料具有導電性的石墨炭）的合成，為蓄電裝置的改革開辟了一條新路。這種有機聚合物之所以能導電，秘密在于它的分子中電子高度活躍；再經過摻雜，分子結構轉變為新的、與金屬相近的傳導性能態。

在這些導電聚合材料中，聚吡咯引起了科學家們的極大興趣。吡咯是一種無色液體，存在于煤焦油中，其沸點為130℃，難溶于水。吡咯比乙炔稍貴，不過，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格與水、氧隔離的復雜的催化系統，而是采用電化學電池的方法。用一只盛著含有吡咯的電解液的玻璃缸和一些調節和控制電流通過電池的儀器就可以制得聚吡咯。電流通過電解液使吡咯聚合，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。為什么有機聚合物的特性會與金屬相同呢？這是因為聚合物本身存在這種特性呢？還是由于其結構疏松多孔，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？

經研究發現，在鈦電極表面合成了聚吡咯，并在它上面進行了通常在鈦上不能進行的化學反應，上述問題得到了準確的回答：聚吡咯確實具有很強的導電性，而且與金屬的導電能力十分接近。試驗的結果還表明，除了導電性和其它許多特性之外，聚吡咯還可以儲存電能。

“吡咯”的運用前景

從原理上講，利用任何一種導體都能夠儲存電荷。以普通的電容器為例，極片面積越大，電容量就越大。但是，無論哪種電容器的電容量都不能與蓄電池相比，因為蓄電池是把電能轉變成化學能而儲存起來，也就是用電能合成新的化合物。而聚吡咯正具有這種本領。

當然，試驗也遇到了一些問題。首先，從各次試驗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不相同呢？是不是儀器有誤差？在每次試驗之前它們都經過了嚴格的校準且使用的是同一只電化學電池；是否合成聚吡咯的電極表面受到了化學污染？在合成之前，電極要經過酸和過氧化物的蝕洗，然后用水沖凈并迅速放入進行合成的溶液之中。而且，這種方法的可靠性經過了不止一代化學家們的檢驗。可以肯定，問題就出在吡咯本身所含的雜質上。

科學家利用紫外分光計、核磁共振和其它一些方法對吡咯進行檢測，果然發現是吡咯的化學成分不純。目前尚未弄清雜質的成分，提純的方法也只有通過試驗的手段加以選擇。

此外，科學家們還發現，在電解液中堅固而富有彈性的聚吡咯，在空氣中卻變得很脆，并從進行合成的襯基上剝落下來，以致不能使用。

科學家們采用一種看來令人難以置信的方法彌補了這一不足。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體表面滲透。

目前，雖然還存在著一些尚待解決的問題。但經證實，聚吡咯的充電與放電的循環次數是無限的。

聚吡咯的成功合成在電池領域產生了巨大而深遠的影響。聚吡咯蓄電池特別經久耐用，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污染電動汽車的基礎。（編輯/起點）