科学家开发出一款「空气发电机」,「凭空发电」真的实现了

商业

02-25 13:30

清洁能源被认为是未来的趋势,近年来、苹果、Google 等科技互联网公司都加大了对风力和太阳能发电项目的投入,如何提高可再生能源的利用效率也是科学家们一直在研究的课题。

最近科学家研发出一种发电装置 Air-gen,可以直接利用空气中的水分发电,这项技术未来可能会对可再生能源、气候变化和医疗领域产生重大影响。

这种装置由马萨诸塞大学安姆斯特分校的电气工程师 Jun Yao 和 微生物学家 Derek Lovley 共同研发,研究人员将这个装置称为「空气发电机」(air-powered generator),研究成果已经发表在《自然》杂志上。按照 Jun Yao 的说法,这套发电机可以「凭空发电」,这到底是怎么是实现的?

根据《自然》杂志的报道,这种「空气发电机」主要由微生物地杆菌产生的导电蛋白纳米线形成了 7 微米的薄膜构成,薄膜的底部和顶部各有一个电极。当蛋白纳米线与电极相连后,就可以利用薄膜从空气中吸收水分,水分子被分解成氢离子和氧离子,导致电荷在薄膜顶部聚集,利用两个电极形成的电荷差让电子流动,从而产生电能。

Jun Yao 表示,「空气发电机」可以 7 天 24 小时不间断地发电,而且过程中不需要外部电源,这种能源是无污染、可再生和低成本的。

此外研究还发现,「空气发电机」在湿度为 45% 的空气中效果最好,但即便在极度干燥的地方,比如撒哈拉沙漠,一样能发电。Derek Lovley 表示,与太阳能和风能等可再生能源相比,「空气发电机」有着明显优势,它不需要风力和太阳,在室内也能运行。

据研究人员介绍,「空气发电机」之所以能做到长时间持续发电,关键在于纳米薄膜在吸收空气中的水分后,利用蛋白纳米线之间的空隙形成一个可以自我维持的水分梯度,因此可以实现 2 个月以上的持续发电。

不过这种「空气发电机」产生的电量十分有限,单个设备只能产生约 0.5 V 的持续电压,电流密度约为 17 μA/cm²,需要多个设备一起运行才能实现供电。研究人员表示,目前「空气发电机」已经能为小型电子设备供电。

为了提高「空气发电机」的效率, Derek Lovley 的实验室最近还开发了一种新的微生物菌株,利用大肠杆菌批量生产纳米蛋白线,进一步降低成本。

研究人员下一步计划,是让「空气发电机」实现为健身追踪器、智能手表等可穿戴设备供电,让这些设备不再需要传统的电池。他们还希望将其应用在手机上,让手机用户摆脱充电宝。而这项研究的最终的目的,则是开发能为房屋供电的大型系统。

这种「空气发电机」体现了新能源研究的一个新的方向,通过电子工程和微生物学这样的跨学科合作,如果这项技术真的能够成熟商用,对于能源领域来说无疑是一大突破。

据悉除了「空气发电机」,该实验室还在研发其他基于纳米蛋白线的应用, Jun Yao 表示

基于蛋白质的电子设备新时代才刚刚开始。

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