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www.gbt9.com_贵宾厅网址:科学家用细菌实现“空气发电”
来源:www.gbt9.com 发布时间:2020-02-20

  利用稀薄的空气发电听起来像是科幻小说,但一项基于纳米线的新技术——发电细菌,就能在含有水分的空气中做到这一点。

  这项2月17日发表于《自然》的新研究表明,发电细菌产生的蛋白质细丝,可以产生足够的能量点亮LED灯泡。虽然研究人员还不确定这些蛋白质细丝是如何工作的,但这个微型发电机功能强大:17个这样的设备链接在一起,可以产生10伏特的电压,足可以为一部手机提供电力。

  未参与这项工作的中国科学院院士、南京航空航天大学纳米科学研究所所长郭万林说,新方法应该被视为一个“里程碑式的进步”。郭万林研究水伏发电技术,这是一种从水中获取电能的分子方法。

  据《科学》报道,15年前,美国马萨诸塞大学微生物学家Derek Lovley和同事发现了一种名为Geobacter的细菌,能将电子从有机物转移到金属类化合物。从那以后,人们了解到,其他许多细菌可以制造蛋白质纳米线,将电子传递给环境中的细菌或沉积物。这种转移产生了一种小电流,研究人员曾尝试将其作为清洁能源加以利用,并取得了不同程度的成功。

  两年前,马萨诸塞大学姚军(音译)团队发现,如果把纳米线的薄膜夹在两块用作电极的金板间,并且不去管它,它们可以持续供电至少20个小时。而且这个设备可以自我充电,诀窍是让纳米线薄膜的一面暴露在潮湿的空气中,且使顶板比底板小。

  经过不断试验,研究人员发现,当把纳米线放在一个不潮湿的房间时,电流会减小,这表明湿度是电子产生的关键因素。通过将设备暴露在不同的湿度下,研究人员发现这种方法在空气湿度为45%的情况下效果最好。

  研究人员表示,发电的秘密就在于薄膜的上半部分吸收了水分,形成了水分梯度,水滴不断从上半部分扩散进出,这些水滴可以分解成氢离子和氧离子,导致电荷在顶部附近聚集。姚军解释说,薄膜顶部和底部的电荷差异导致了电子流动。

  但之前利用水蒸气导电的尝试,只能在短时间内产生少量电流。姚军团队报告说,在新装置中,纳米线之间的空隙似乎有助于保持湿度梯度,使发电可以持续两个月以上。因此,新装置运行时间可持续几周,其输出功率是之前设备的100多倍。

  郭万林表示,“空气发电”不需要外部电力,比太阳能电池板或风力涡轮机的适用范围广,因此,如果能扩大规模,它将显示出“巨大的实际应用潜力”。

  不过德国马普海洋微生物研究所微生物学家Dirk de Beer对这篇论文的成果持保留意见。他说,空气发电似乎提供了一个无限的电源,但该技术仍然没有明确的电子来源。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2010-9


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