纺织棉废料变身电池 成锂矿替代品

锂离子电池因高能量密度、高放电电压、快速充放电速率、长寿命和循环稳定性等优势，在电动汽车、储能和日常电子设备中，扮演非常重要的角色。

随着电动车的普及和储能设备应用场景扩大，目前全球对锂资源的需求正在迅速增长。

锂离子电池正极一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂等材料，负极为石墨，或近似石墨结构的碳。

就锂资源而言，全球已探明的锂矿资源为1700万吨，非常有限，而且各地分布不均，一旦某个国家锂资源紧缺就很容被限制其储能和新能源汽车的发展。

除此以外，开采制造电池所需的锂和其他矿物质会影响环境。

以江西宜春“亚洲锂都”为例，在大量锂矿开采之后，宜春锦江发现水质异常，后经宜春市生态环境局调查发现，某企业通过逃避监管方式排放水污染物。

锂电产业链中，上游的开采环节及中游的动力电池生产环节都对环境承载压力较大。宜春也不得不出台各类环保政策。另外，电池中金属材料的开采也会使得碳足迹大量增加。

而对另一种原材料石墨来说，Wood Mackenzie估计，如果我们继续使用石墨，到2030 年，世界每年将需要约2兆吨石墨。

因此，一些研究人员和企业正在疯狂开发锂电池和石墨电池的环保且可持续替代品，例如从海盐水、各种有机废物到各种天然材料中寻找。

01 用棉花制造电池

总部位于东京的能源公司 PJP Eye 可以通过有机材料代替稀土金属来制造电池，并且这种电池竟然具有更好的性能和可持续性。

目前他们使用的有机材料是回收纺织工业废棉中，从中提取碳来替代电极中的稀有金属。但据他们所说，实际上是任何可以转化为碳的有机材料都可以作为替代。这种电池被称作单碳电池(Cambrian Battery)。

目前，PJP Eye已经开始批量生产这种电池，效果非常显著。通过这一改进，充电速度提高了10倍，电池循环次数也超过8,000次。

除此之外，这种电池的安全性高，在正常电池达到300°C及以上的情况下，其温度不会超过50°C。

虽然有诸多好处，但是单碳电池也有很大问题：无法提供电动汽车所需的电压。这意味着其 3.6V输出不适合需要4.2V的电动汽车或飞机。它只适合电动滑板车、卫星、小型无人机等。

受制于无法提供高电压的问题，PJP Eye又在此基础上做改良。用植物有机碳代替电池中的两个电极，这样既可以完全摆脱稀有金属，又可以提供5.2V的电压，这被称为双碳电池。

两极的有机碳也均来自于废棉花。据公司负责人Okina 称，每个电池仅需要2克碳，而通过特殊工艺可以从1公斤棉花中收集200克碳。

之前他们在2017年购买了一批棉花，至今仍未用完。另外，棉花可以在地球上任何地方生长，不需要依赖任何国家的供应链。

现在，研究人员还尝试使用棉花代替电解质，以促进阴极和阳极之间的离子流动，他们预计这款电池能够在2025年上市。

02 从日本走到全球

2021年，日本丸石开始销售使用PJP Eye单碳电池的自行车，并还有150 辆电动滑板车来用于日本的共享出行服务。

后来，单碳电池又被 Goccia 和 Hitachi 看中，并把它用于电动自行车，该自行车的最高速度为50公里/小时(31 英里/小时)，一次充电可行驶70公里(44 英里)的距离。

这些已被运用到电动自行车、电动踏板车和储能中的电池，已经给PJP Eye带来了约500万美元的收入。

不过，随着单碳电池的量产和双碳电池的开发，PJP Eye已经到了其发展历程中极其重要的时刻，即国际化。这将成为该产品是否能成功的关键。

目前，PJP Eye正准备与英国华威大学和纽约宾厄姆顿大学合作，将其大部分运营和研发转移到英美，并在这两个地方设立了办事处。

PJP Eye还赢得了英国政府赞助的创新科技竞赛(2019-2020 Tech Rocketship Awards)“未来移动类别”的日本尖端科技初创企业奖。

未来，PJP Eye还打算通过绿电来制造电池。目前，该团队已经与位于九州的新一代风力发电机制造商Riamwind Co.签署合作协议。

虽然PJP Eye发展不错，但对于任何替代原有电池材料的新材料来说，能否完全满足电动汽车和储能的增长需求还是一个巨大的挑战，并且，新技术所生产的电池由于还未规模化生产，价格也更昂贵。

对于这类初创企业来说，还有很长的路要走。