东北大学罗伯特·莫勒·坎达努沙著 东北大学的研究人员利用木材中的纤维素，创造了一种新的可生物降解材料，以改善液流电池，降低储存可再生能源的成本
学分:鲁比·沃洛/东北大学 大自然并不总是对自己的秘密慷慨大方
这就是为什么一些研究人员寻找不寻常的地方来解决我们最严峻的挑战，从隐藏在微小蠕虫肠道中的强力抗生素，到蝙蝠启发的快速机器人
现在，东北大学的研究人员已经开始在树上寻找从丰富的自然资源中制造新的可持续材料的方法——特别是在构成木材的微纤维的化学结构中
东北大学机械与工业工程助理教授朱带领的团队正在使用从纤维素中提取的独特纳米材料，来改善储存可再生能源(如太阳能和风能)所需的大型且昂贵的电池
纤维素是地球上最丰富的天然聚合物，也是植物最重要的结构成分
朱说，它包含重要的分子结构，以改善电池，减少塑料污染，并为电网供电，这种电网可以用可再生能源支持整个社区
“我们试图用木材、树皮、种子、花、细菌、绿茶——这些植物的聚合体来代替塑料，”朱说
储存太阳能、风能和其他类型可再生能源的主要挑战之一是天气等因素的变化会导致不一致的能源来源
机械与工业工程助理教授朱正在测试储存可再生能源的最先进设备，这些设备由两种不同的钒离子溶液组成，通过电池连续泵送
为了使电池有效地充电和放电，溶液必须用特殊的离子选择膜隔开
学分:鲁比·沃洛/东北大学 这就是大容量电池的来源
但是储存阳光和风能提供的大量能量需要一种特殊的装置
最先进的电池被称为液流电池，由溶解在酸中的钒离子制成，放在两个独立的容器中——一个容器装有带负电的离子，另一个装有带正电的离子
这两种溶液被不断地从罐中泵入电池，其功能类似于电池的引擎
这些物质总是被一种特殊的膜隔开，这种膜能确保它们交换正氢离子而不会互相流入
离子的选择性交换是电池充放电能力的基础
液流电池是储存太阳能和风能的理想设备，因为它们可以调整以增加储存的能量，而不会影响可产生的能量
油箱越大，电池就能从无污染且几乎取之不尽的资源中储存越多的能量
但是制造它们需要几块移动的硬件
随着分离两种流动物质的膜的衰减，它会导致溶液中的钒离子混合
这种交叉降低了电池的稳定性及其储存能量的能力
朱说，这种膜的有限效率，加上其高成本，是阻碍液流电池广泛应用于大规模电网的主要因素
机械与工业工程助理教授朱厚利(Hogli Zhu)用木质纳米纤维制造了一种用于大型电池的仿生膜
学分:鲁比·沃洛/东北大学 在最近的一篇论文中，朱报道了一种由纤维素纳米晶体制成的新型膜，与市场上常用的其它膜相比，表现出了优异的效率
该团队测试了由纤维素纳米晶体制成的不同薄膜，以使液流电池更便宜
“我们每平方米膜的成本是147
朱说，并补充说，她的计算不包括与营销相关的成本
“商用纳菲恩膜的报价为每平方米1321美元
" 他们的测试还表明，在罗杰斯公司及其东北大学科斯塔斯研究所创新中心的支持下，这种膜可以提供比其他膜长得多的电池寿命
朱的天然衍生膜特别有效，因为它的细胞结构包含数千个羟基，其中包括氢键和氧键，使水更容易在植物和树木中运输
在液流电池中，当质子流过膜时，分子组成加速了质子的运输
该膜还由另一种聚合物聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)组成，它能防止带负电和带正电的酸相互混合
由于纤维素提供了强健的细胞结构，有助于植物和树木的生存，朱的新膜选择和交换离子，以提高钒液流电池的效率
学分:鲁比·沃洛/东北大学 “对于这些材料来说，挑战之一是很难找到一种既能传导质子，又能在流动的酸中非常稳定的聚合物，”朱说
因为这些材料几乎无处不在，用它制成的膜可以很容易地大规模组装起来，以满足复杂电网的需要
与其他需要在实验室中调制的昂贵人造材料不同，纤维素可以从包括藻类、固体废物和细菌在内的自然资源中提取
“自然界中的许多物质是一种合成物，如果我们分解它的成分，我们可以用它来提取纤维素，”朱说
“比如我们院子里的垃圾，还有很多我们不知道该怎么处理的固体垃圾
"
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