啥？尿不濕也能用來做鋰電池，而且還是被寶寶們用過了的尿不濕！10日，來自上海電力大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的大二女生張海燕向解放日報·上觀新聞記者展示了他們“挑戰(zhàn)杯”團(tuán)隊的特等獎作品：基于廢棄尿不濕的新型高能量密度鋰硫電池。而且，這一項目已與新能源科技企業(yè)合作完成材料中試，成功使得無人機(jī)的續(xù)航時間增加了30%到35%。

當(dāng)天下午，第十七屆“挑戰(zhàn)杯”上海市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽決賽在上海電力大學(xué)臨港校園鳴金。今年，全市近5萬名大學(xué)生參賽，共申報萬余件參賽作品，增幅達(dá)6%。經(jīng)校級初賽評審，就有來自46所高校的492件作品晉級市賽。而躋身決賽的37校172件作品更可謂“百里挑一”，其中特等獎項目有望代表上海晉級國賽。

【鋰電正極材料成本，占比從40%降至5%】

與新能源材料的研究同行一樣，作為項目指導(dǎo)老師的閔宇霖教授、李和興教授，與張海燕等4名本科生一直在尋找最價廉物美的電極材料，甚至連雞蛋殼也嘗試過。忽然，從學(xué)校青年女教師常常打交道的尿不濕獲得靈感，“一個家庭一年可能要用掉1000條尿不濕，被作為干垃圾處理，它們能不能變廢為寶？”張海燕和小伙伴開始腦洞大開。

事實上，尿不濕的內(nèi)層充滿著吸水顆粒，擁有理想的正極材料結(jié)構(gòu)，而寶寶的尿液富含氮元素以及無機(jī)鹽，正好可以抑制鋰電池內(nèi)多硫化物的穿梭效應(yīng)，改善了鋰離子流動的不足之處。于是，他們利用尿不濕當(dāng)作正極宿主材料，將其高溫?zé)Y(jié)碳化，再將其與廉價易得的硫復(fù)合，制成鋰硫電池的正極。通常，鋰電池的正極材料成本約占電池總成本的40%，而這樣“廢物利用”后，成本占比一下子降至5%。

現(xiàn)階段中試，團(tuán)隊在包括婦幼保健院等的醫(yī)療機(jī)構(gòu)收集尿不濕，制作出扣式鋰硫電池。經(jīng)試驗測算，在電池相同體積下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前市場上廣泛運用的鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等類型鋰電池的容量。“平均5條廢棄尿不濕，就可以形成一個1000毫安的充電寶容量?！睆埡Ｑ嘈χf，團(tuán)隊現(xiàn)已申請國家發(fā)明專利。

中試結(jié)果顯示，用同等體積的這種鋰硫電池，取代無人機(jī)原本使用的鋰聚合物電池，可使無人機(jī)持續(xù)飛行72分鐘，其飛行距離增加25%到30%。此外，這一作品材料還可應(yīng)用于新能源汽車電池，使其能量密度和續(xù)航時間都得到一定程度提升。至于“原材料”供應(yīng)，今后還可與小區(qū)物業(yè)合作，專項回收廢棄尿不濕，讓它們發(fā)揮新作用。

【低碳減排題材熱，制勝法寶數(shù)字化】

這屆“挑戰(zhàn)杯”決賽中，不少科創(chuàng)作品與低碳減排這一熱門題材相關(guān)。某一線城市，半年之內(nèi)地下電纜就遭遇99起施工誤挖斷，導(dǎo)致停電檢修等突發(fā)事件。張海燕的同校學(xué)姐戴涵竹，與電氣工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一批本科生組隊，研發(fā)“電纜管線精確定位裝置及可視化管理系統(tǒng)”，用最大尺度不過17厘米的“蟻人小車”，從窨井蓋下放至只有20厘米直徑的電纜管道中，讓它為管線健康狀況做“內(nèi)鏡檢查”。

接入手機(jī)wifi，打開app小程序，就能讓這種無繩式的小車“自動駕駛”，利用自帶的慣性定位裝置，確定管線精確位置，并拍攝管線內(nèi)部圖像，將圖像以及定位傳入計算機(jī)，利用智能算法識別管線故障情況。小車的履帶式結(jié)構(gòu)，能增大與管壁的接觸面積，從而提高抓壁和爬坡能力，還具有紅外測距、紅外避障以及防跌落功能。

據(jù)悉，這種智能小車交付國家電網(wǎng)寧波供電公司參與工程驗收，它既適用于新管驗收階段的電力管線排查，也可以在增設(shè)電纜時對預(yù)設(shè)舊管進(jìn)行探測，具有廣泛應(yīng)用場景。經(jīng)測算，這套系統(tǒng)比傳統(tǒng)的人工探測，提高探測效率50%以上，在幾十米、上百米的地下空間范圍內(nèi)將“布線圖”精度控制在50厘米以內(nèi)，還節(jié)省大量人力物力。

在獲得大獎團(tuán)隊的大學(xué)生手中，數(shù)字化正成為多個領(lǐng)域的制勝法寶。來自華東師范大學(xué)的“數(shù)字光處理芯片與應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)”項目團(tuán)隊在競賽中拿下特等獎，他們自主設(shè)計的新型數(shù)字微鏡芯片已處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，收獲各項專利15項；而華東理工大學(xué)“基于數(shù)字重構(gòu)的遺產(chǎn)活化路徑研究——以福州鼓嶺歷史建筑群為例”項目團(tuán)隊，則聚焦文化遺產(chǎn)保護(hù)，創(chuàng)新性地利用數(shù)字技術(shù)保護(hù)和管理遺產(chǎn)景觀，探索并打通學(xué)術(shù)研究與知識傳播渠道。

欄目主編：徐瑞哲

本文作者：徐瑞哲