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《自然》:发电机利用空气中水分发电 还能在室

2020-02-26 04:00

  北京时间2月18日消息,马萨诸塞大学安姆斯特分校研究人员开发了一种发电装置,借助一种蛋白质,利用空气中的水分就能发电。他们表示,这一技术将对未来的可再生能源、气候变化和医疗产生深刻影响。

  《自然》今天刊文称,马萨诸塞大学安姆斯特分校电子工程师姚军(Jun Yao,音译)和微生物学家德雷克洛弗利(Derek Lovley),开发了一种他们称之为“空气发电机”的装置,利用由地杆菌制造的能导电的蛋白质纳米线发电。

  在“空气发电机”中,电极与蛋白质纳米线相连,空气中自然存在的水分就可以生成电流。

  姚军说,“不夸张地说,空气发电机可以无中生有地发电。它可以每周7天、每天24小时地生成清洁能源。”

  洛弗利过去30年一直从事可持续生物电子材料研究,他说,“这是蛋白质纳米线迄今为止最令人惊异和激动的应用。”

  姚军实验室开发的这一发电技术,具有不会产生污染、可再生和成本低的特点。甚至在非常干旱的地区,例如撒哈拉沙漠,它也能发电。

  洛弗利表示,黎明发电机与风能、太阳能等其他形式的可再生能源相比,空气发电机有相当大优势,例如,不要求有阳光或风,“它甚至能在室内发电”。

  研究人员解释说,空气发电机只要求一层厚度不超过10微米的蛋白质纳米线薄膜即可。黎明发电机薄膜的底部是一个电极,顶部是一个更小的电极。薄膜可以从空气中吸收水分。

  蛋白质纳米线的导电性和化学特性,与薄膜中纳米线间的毛细孔,为两个电极之间生成电流创造了条件。

  研究人员称,目前的空气发电机的发电量,能为小型电子设备供电,他们预计这一技术将很快投入商业应用。

  未来,他们计划开发一款空气发电机“补丁”,为健身追踪器、智能手表等可穿戴设备供电,使得这些产品不再需要传统电池。他们还希望开发用于手机的空气发电机版本,免除用户给手机充电的痛苦。

  姚军说,“我们的最终目标,是开发大规模系统。例如,这一技术将被整合在装修材料中,为消费者家庭提供电能。我们还可能开发独立的空气发电机,为电网供应电能。一旦我们的技术投入工业化应用,我预计我们开发的大型系统,将对可持续能源的生产产生重大影响。”

  为了推动地杆菌的实际应用,洛弗利的实验室最近开发了一种新菌种,能进一步加快蛋白质纳米线的生产速度,降低成本。

  他说,“我们将大肠杆菌转化成蛋白质纳米线工厂。有了这种规模化生产的工艺,蛋白质纳米线的供应将不再是开发这些应用的瓶颈。”

  他们表示,空气发电机的开发,彰显了不同寻常的跨学科合作。30多年前,洛弗利在波托马克河的污泥中发现了地杆菌,之后,他的团队发现了它能用来生产具有导电性的蛋白质纳米线的能力。黎明发电机

  在入职马萨诸塞大学安姆斯特分校前,姚军曾在哈佛大学工作数年,利用硅纳米线设计了一款电子产品。他们合作的目的,是探索利用由地杆菌生产的蛋白质纳米线,能否用于电子产品中。

  姚军实验室的博士研究生刘小蒙(Xiaomeng Liu,音译)在开发新的传感器装置,“我看见了这种现象,当纳米线与电极相连时,装置就会生成电流。我发现,暴露在空气中是它能发电的必不可少的条件,蛋白质纳米线能吸收水分,设备上会产生电压。”

  除空气发电机外,姚军实验室还开发了蛋白质纳米线的数种其他应用。他说,“基于蛋白质的电子设备新时代的大幕才刚刚开启。”

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