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(xiàn)。但是，電能的儲存問題并沒有得到徹底地解決；傳統(tǒng)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?yōu)榇俗隽舜罅康墓ぷ?。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(tǒng)的鉛蓄電池正面臨著一場嚴峻的挑戰(zhàn)，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(jīng)過摻雜，分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌?、與金屬相近的傳導性能態(tài)。

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(tǒng)，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(diào)節(jié)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(zhì)。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(jié)構(gòu)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(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)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(zhuǎn)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(jīng)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(jīng)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(jīng)過了不止一代化學家們的檢驗?？梢钥隙ǎ瑔栴}就出在吡咯本身所含的雜質(zhì)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(fā)現(xiàn)是吡咯的化學成分不純。目前尚未弄清雜質(zhì)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(fā)現(xiàn)，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(jīng)證實，聚吡咯的充電與放電的循環(huán)次數(shù)是無限的。

聚吡咯的成功合成在電池領域產(chǎn)生了巨大而深遠的影響。聚吡咯蓄電池特別經(jīng)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）