稻米加工后留下的稻壳怎么办？近日，吉林大学化学学院教授林海波团队给出了一个处理方法：用稻壳制备高性能铅炭电池。

  林海波告诉《中国科学报》记者：“我们在国际上率先用稻壳制备成高性能的电池级碳材料，并用这样一种材料开发出超高的性价比的铅炭电池，其性能达到国际领先水平。日前，我们已建成百吨级超级电容炭和千吨级电池碳生产线。”

  稻壳，一度被看作农业加工后的废弃物，然而科学家却发现了它身上存在的科技价值。

  林海波介绍，稻壳中含有二氧化硅与碳元素，将二氧化硅除去后能够获得多孔炭，再经进一步活化，就变成极有应用价值的活性炭材料。从20世纪90年代起，吉林大学科研人员就开始做稻壳利用的研究工作。

  “一开始我们吉林大学科研团队大多分布在在稻壳的综合利用方面，即用稻壳同时制备纳米二氧化硅和活性炭材料，这里活性炭主要用作吸附材料，附加值较低，因此这条稻壳利用途径综合效益低，很难进行商业化。”林海波说。

  直到2008年，林海波团队注意到用稻壳做的活性炭拥有非常良好的电容性能，“对于这一结果我们吉林大学研究人员率先在2000年就公开发表了相关论文，但是之后就把这个发现搁置起来了”。至此，他们开始重新系统地开展稻壳基活性炭的制备方法、结构、电化学性能以及应用等方面的基础研究工作。

  “这种活性炭拥有大孔、介孔、微孔的多级孔道结构，具备优秀能力的电化学性能。”林海波说。这与之前国外文献提到过的椰壳、棕榈壳等经过处理后获得的碳材料完全不同。

  发现了这个令人兴奋的结果后，林海波将目光瞄准了铅酸电池领域。铅酸电池是应用最为广泛的蓄电池之一，但它的比能量低，循环寿命短。2005年，科学家将铅酸电池和超级电容器结合，发明了超级电池（铅炭电池）。相较于传统铅酸电池，其性能指标明显提高。铅炭电池被称为新一代铅酸电池，是当前国际铅酸电池领域的研究热点。

  林海波说：“稻壳基超级电容炭和电池碳材料可以制备超高的性价比的铅炭电池，让传统的铅酸电池行业老树发新芽，与目前的锂离子电池相比，它最根本的优点是安全、性能好价格低、循环利用率高达99%。”

  林海波和记者说，相较于普通铅酸电池，铅炭电池的循环寿命提高6倍、充电速度提高8倍、放电功率提高3倍，同时具有成本低的优势。

  在传统的稻壳制备活性炭工艺中，易产生高盐度的废水，从环保角度考虑，活化后的废弃液体处理是一个大问题。此时，林海波产生了一个念头：为什么不能把废液利用起来呢？经过反复实验，团队找到了新的工艺办法，将活化过程的废液回收利用，让生物质稻壳基电容炭实现了绿色生产。

  与此同时，团队还面临着另外的问题，那就是稻壳基电池碳添加剂的应用以及铅炭电池负极板制备工艺。

  林海波说：“碳添加剂的作用机制和电池应用模式的内在联系其实是一个重要的科学问题，如果弄不清楚，就无法优化铅炭负极性能。在国家自然科学基金的支持下，我们还在持续开展这方面的研究。”

  林海波和记者说，铅炭电池负极技术在国内尚无明显突破，关键技术基本上被国外垄断，“将来做混合动力电池就是一个大问题”。

  经过10余年努力，团队攻克了生物质稻壳基电容炭的绿色制备工艺、稻壳基电池碳添加剂以及铅炭电池负极等关键技术，让铅炭电池这棵“新树扎了深根”。

  在这10年中，在传统铅酸电池研究体系和新型的锂离子电池研究的“双重夹击”下，面对发论文困难、科研经费不足等困境，林海波也顶着巨大的压力。在朋友圈中他写道：“我要感谢吉林大学电化学课题组十几届同学的努力，是你们坐住了板凳，面对着评价机制的压力没有跟风，为稻壳基电容炭、电池碳以及铅炭电池的研制和开发奠定了理论基础和技术支撑。”

  “我们一直憋着一口气。在现有的科技评价体系下，如果论文发不出来，学生就很难毕业，课题经费申请也不容易。2015年申请到国家自然科学基金之前，我们绝大多数都是从横向课题经费中挤出一部分支持铅炭电池研究。”林海波说。

  他向记者表示，科学研究也要面对实际应用需求，寻找科学问题、凝练科学问题。“正因为基础研究投入不足，我国铅酸电池处于较低水平。”林海波说。

  技术研发成熟后，林海波将目光投向了市场应用。他的团队创办了电化学储能技术公司，在吉林大学的支持下构建了新型研发机制。专利技术转让到公司后，建成了百吨级超级电容炭和千吨级电池碳生产线，使科研成果实现了产业化开发和推广。

  在产业化过程中，林海波直言“团队思想的转变确实经历了一个漫长的过程”。他表示，团队一开始仅仅重视学术论文，并没有把产业化应用放到心上。

  “很多基础研究要通过实际问题才能发现，只有和企业结合，才能把科研成果用到更广阔的领域。假如没有公司参与，中试生产线都很难建立。”林海波说。

  目前稻壳基电池碳材料、铅炭电池和产品应用形成了完整产业链，大多数都用在汽车启停电源、汽车混合动力以及储能领域。

  林海波说：“现在我国超级电容炭和电池碳材料都是在购买国外产品，也是卡脖子领域之一，我们的产品进入市场后，将会带动整个铅酸电池行业的产业升级，潜在市场有3000～5000亿元。”

  林海波表示，未来团队还将在超级电容炭方面继续开展相关的基础研究，开展稻壳中硅元素的利用研究，“稻壳基活性炭拥有的多级孔道结构和高的比表面将来也可当作催化剂的载体，其他领域的应用方向也在不断拓展”。