用空气就能发电?以蛋白质奈米线制成的 Air-gen 发电机

Sep21

用空气就能发电?以蛋白质奈米线制成的 Air-gen 发电机  以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容,让我们赶快一起来看一下吧!

用空气就能发电?以蛋白质奈米线制成的 Air-gen 发电机

利用自然生成的蛋白质奈米线,「空气发电」的科幻情节已经在实验室中成真。

干净的再生能源是人类社会梦寐以求的圣杯。不过,直到目前为止,绿色能源往往受限于环境条件,很难成为主要的供电来源。这样看起来,想要借用大自然的力量发电,好像就得接受随之而来的诸多限制。

严格说来,风与阳光都可遇不可求。除了用爱发电之外,真正随处可见的,应该就是空气了。要是能有某种单靠空气就可以发电的装置,那该有多好!

躺着就能发电!Air-gen 空气发电机

不说你不知道,还真的有这种东西。来自麻州大学的研究团队,日前打造了 Air-gen 空气发电机。这种发电机和一般印象中的发电机不太一样,没有巨大的涡轮或复杂的动力系统,而是由区区一片薄膜和两个电极组成。薄膜下方是整片的电极,上方电极则相对较小,让薄膜能接触到空气。

Air-gen 装置,乍看挺厚的,但实际厚度只有几微米。Liu et al, 2020

这片薄膜不到十微米厚,里面却塞满了许多微小的蛋白质奈米线(右下),而这些线,是由一种特殊的微生物 Geobacter sulfurreducens(左下)产生出来的。

薄膜内塞满了由特殊的微生物(左)制造出的蛋白质奈米线(右)。Liu et al, 2020

这片神奇的薄膜会吸收空气中的湿气,让薄膜上下产生湿度差异。奈米线特殊的表面化学性质,会将产生出的湿度差转化为电压,再由电极吸收储存,成为我们能够利用的电力。

这种「湿度差发电」其实算不上新发现,不过以往的技术续航力不足,只能提供一分钟左右的电力。而本文介绍的这片小小薄膜却威力十足,能够维持二十小时的连续电流,甚至可以驱动小型电器。此外,就算是在室内或是气候干燥的地区,Air-gen 还是能够正常运作。

薄膜发电,开启无限机会

研究人员希望能很快开始大量生产 Air-gen,为能源产业带来全新革命。有了这么轻薄的发电装置,穿戴装置不再需要电池,也不用担心手机电量不够了。此外,如果把类似的生物材料用于墙壁涂料,或许也可以用房屋的墙壁来供应用电!

如果能把生物材料用于墙壁涂料,那你家的墙壁就可以发电了!pxfuel

不过,如果要实际投入产业应用,就必须在合理的成本内,更快速地生产蛋白质奈米线。研究团队对此,已成功开发出一种新型微生物,能够胜任这个工作。主导研究计画的 Derek Lovley 提到:「在我们的努力下,大肠杆菌可以变成奈米线工厂。因此在大型生产阶段,原料再也不会是个问题。」

结合不同领域,带来技术突破

值得一提的是,这项创新是跨领域合作的结晶。Geobacter sulfurreducens 这种微生物在 30 年前就由 Derek Lovley 在河流中发现。接着他又观察到这种生物能够产出可导电的蛋白质细丝,成为 Air-gen 的第一块拼图。另一块拼图则是电机工程师 Jun Yao。他原本在哈佛大学研究矽元素奈米线,利用其特殊的材料性质设计不同装置。

两个领域的人才携手合作,用生物性的蛋白质细丝,打造出再生能源的全新设计。

除了 Air-gen 之外,Jun Yao 的实验室也积极开发蛋白质奈米线的其他应用。Yao 信心满满地说道:「全新的时代正要开始,以蛋白质材料为基础的电子产品即将到来。」

本文编译自 New green technology generates electricity ‘out of thin air’

___________你是初中生或家有初中生或正在教初中生?科学生跟着课程进度每周更新科学文章并搭配测验。来科学生陪你一起唸科学!

    分页:123