近期，美國(guó)西北大學(xué)的一個(gè)研究小組展示了一種非凡的發(fā)電新方法，他們將一個(gè)平裝書(shū)大小的裝置放置在土壤中，只要土壤中有碳，就可以利用微生物分解泥土產(chǎn)生的能量來(lái)發(fā)電。
這種設(shè)備被稱(chēng)為微生物燃料電池，已有100多年的歷史。它們的工作原理有點(diǎn)像電池，有陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)，但它們不是從化學(xué)來(lái)源獲取電力，而是與細(xì)菌一起工作，細(xì)菌在吞噬土壤時(shí)自然地向附近的導(dǎo)體提供電子。
然而，這些細(xì)菌需要被埋在泥土里的同時(shí)保持水和氧氣的供應(yīng)。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Bill Yen說(shuō)，“它們的性能不可靠和輸出功率較低，阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用，特別是在低濕度條件下。”
因此，研究小組著手創(chuàng)造了幾種新的設(shè)計(jì)，旨在使電池能夠持續(xù)接觸氧氣和水，并成功地研制出了一種形狀像垂直放置在水平圓盤(pán)上的墨盒的設(shè)計(jì)。圓盤(pán)狀的碳?xì)株?yáng)極水平放置在設(shè)備底部，深埋在土壤中，當(dāng)微生物消化泥土?xí)r，它可以捕獲電子。
與此同時(shí)，導(dǎo)電金屬陰極則垂直放置在陽(yáng)極的頂部。因此，只要底部埋得足夠深，就可以從深層土壤中獲取水分，而頂部則與地表齊平。
此外，在電極的整個(gè)長(zhǎng)度上都有一個(gè)通氣間隙，頂部的保護(hù)蓋可以防止灰塵和碎屑掉入，切斷陰極與氧氣的接觸。陰極的一部分還涂有防水材料，這樣當(dāng)洪水泛濫時(shí)，仍有一部分疏水性陰極與氧氣接觸，以保持燃料電池的運(yùn)行。
最新研究成果已于近期發(fā)表在了《計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM)交互、移動(dòng)、可穿戴和泛在技術(shù)論文集》(Proceedings of the ACM on Interactive， Mobile， Wearable and Ubiquitous Technologies)上。
在測(cè)試中，這種設(shè)計(jì)在不同的土壤濕度水平下表現(xiàn)一致，從完全浸沒(méi)在水中到“有些干燥”的土壤(含水量?jī)H為 41%)。平均而言，它所產(chǎn)生的電量是其板載濕度和觸摸檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行所需電量的68倍，并能通過(guò)微型天線(xiàn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇幕尽?/p>
與其他超長(zhǎng)期發(fā)電來(lái)源一樣，比如利用核廢料制成的光伏金剛石電池，這里產(chǎn)生的電量不足以驅(qū)動(dòng)智能手機(jī)，更多的是被設(shè)計(jì)為為小型傳感器供電，這些傳感器可以長(zhǎng)期運(yùn)行，無(wú)需定期更換電池。
Yen說(shuō)：“如果我們想象未來(lái)有數(shù)萬(wàn)億個(gè)這樣的設(shè)備，我們不可能用鋰、重金屬和對(duì)環(huán)境有害的毒素來(lái)制造每一個(gè)設(shè)備。我們需要找到替代方案。因此，我們把目光投向了土壤微生物燃料電池，它利用特殊的微生物來(lái)分解土壤，并利用這種低能量來(lái)為傳感器供電。只要土壤中有有機(jī)碳供微生物分解，燃料電池就有可能永遠(yuǎn)運(yùn)行下去。”
根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，上述設(shè)計(jì)最巧妙的部分是，其所有組件都可以在五金店的貨架上買(mǎi)到。因此，在這項(xiàng)研究和廣泛商業(yè)化之間不存在供應(yīng)鏈或材料問(wèn)題。
來(lái)源：財(cái)聯(lián)社
評(píng)論