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    科學家用細菌實現“空氣發電”

    辛雨 來源:中國科學報 編輯:jianping 空氣發電
    利用稀薄的空氣發電聽起來像是科幻小說,但一項基于納米線的新技術——發電細菌,就能在含有水分的空氣中做到這一點。這項2月17日發表于《自然》的新研究表明,發電細菌產生的蛋白質細絲,可以產生足夠的能量點亮LED燈泡。雖然研究人員還不確定這些蛋白質細絲是如何工作的,但這個微型發電機功能強大:17個這樣的設備鏈接

    利用稀薄的空氣發電聽起來像是科幻小說,但一項基于納米線的新技術——發電細菌,就能在含有水分的空氣中做到這一點。


    這項2月17日發表于《自然》的新研究表明,發電細菌產生的蛋白質細絲,可以產生足夠的能量點亮LED燈泡。雖然研究人員還不確定這些蛋白質細絲是如何工作的,但這個微型發電機功能強大:17個這樣的設備鏈接在一起,可以產生10伏特的電壓,足以為一部手機提供電力。


    未參與這項工作的中國科學院院士、南京航空航天大學納米科學研究所所長郭萬林說,新方法應該被視為一個“里程碑式的進步”。郭萬林研究水伏發電技術,這是一種從水中獲取電能的分子方法。


    據《科學》報道,15年前,美國馬薩諸塞大學微生物學家Derek Lovley和同事發現了一種名為Geobacter的細菌,能將電子從有機物轉移到金屬類化合物。從那以后,人們了解到,其他許多細菌可以制造蛋白質納米線,將電子傳遞給環境中的細菌或沉積物。這種轉移產生了一種小電流,研究人員曾嘗試將其作為清潔能源加以利用,并取得了不同程度的成功。


    兩年前,馬薩諸塞大學博士生Liu Xiaomeng注意到,孤立的納米線會自發產生電流。起初,他的導師、該校電氣工程師Yao Jun對此表示懷疑,但最終他們發現,如果把納米線的薄膜夾在兩塊用作電極的金板間,并且不去管它,它們可以持續供電至少20個小時。而且這個設備可以自我充電,訣竅是讓納米線薄膜的一面暴露在潮濕的空氣中,且使頂板比底板小。


    經過不斷試驗,研究人員發現,當把納米線放在一個不潮濕的房間時,電流會減小,這表明濕度是電子產生的關鍵因素。通過將設備暴露在不同的濕度下,研究人員發現這種方法在空氣濕度為45%的情況下效果最好。


    研究人員表示,發電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,水滴不斷從上半部分擴散進出,這些水滴可以分解成氫離子和氧離子,導致電荷在頂部附近聚集。Yao解釋說,薄膜頂部和底部的電荷差異導致了電子流動。


    但之前利用水蒸氣導電的嘗試,只能在短時間內產生少量電流。Yao的團隊報告說,在新裝置中,納米線之間的空隙似乎有助于保持濕度梯度,使發電可以持續兩個月以上。因此,新裝置運行時間可持續幾周,其輸出功率是之前設備的100多倍。


    郭萬林表示,“空氣發電”不需要外部電力,比太陽能電池板或風力渦輪機的適用范圍廣,因此,如果能擴大規模,它將顯示出“巨大的實際應用潛力”。


    德國馬普海洋微生物研究所微生物學家Dirk de Beer對這篇論文的成果持保留意見。他說,空氣發電似乎提供了一個無限的電源,但他表示該技術仍然沒有明確的電子來源。

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