《自然》:發電機利用空氣中水分發電 還能在室內使用

馬薩諸塞大學安姆斯特分校研究人員開發了一種發電裝置,藉助一種蛋白質,利用空氣中的水分就能發電。他們表示,這一技術將對未來的可再生能源、氣候變化和醫療產生深刻影響。《自然》今天刊文稱,馬薩諸塞大學安姆斯特分校電子工程師姚軍(Jun Yao,音譯)和微生物學家德雷克·洛弗利(Derek Lovley),開發了一種他們稱之為「空氣發電機」的裝置,利用由地桿菌製造的能導電的蛋白質納米線發電。

《自然》:發電機利用空氣中水分發電 還能在室內使用

《自然》:發電機利用空氣中水分發電 還能在室內使用

在「空氣發電機」中,電極與蛋白質納米線相連,空氣中自然存在的水分就可以生成電流。

姚軍說,「不夸張地說,空氣發電機可以無中生有地發電。它可以每周7天、每天24小時地生成清潔能源。」

洛弗利過去30年一直從事可持續生物電子材料研究,他說,「這是蛋白質納米線迄今為止最令人驚異和激動的應用。」

姚軍實驗室開發的這一發電技術,具有不會產生污染、可再生和成本低的特點。甚至在非常乾旱的地區,例如撒哈拉沙漠,它也能發電。

洛弗利表示,與風能、太陽能等其他形式的可再生能源相比,空氣發電機有相當大優勢,例如,不要求有陽光或風,「它甚至能在室內發電」。

研究人員解釋說,空氣發電機只要求一層厚度不超過10微米的蛋白質納米線薄膜即可。薄膜的底部是一個電極,頂部是一個更小的電極。薄膜可以從空氣中吸收水分。

蛋白質納米線的導電性和化學特性,與薄膜中納米線間的毛細孔,為兩個電極之間生成電流創造了條件。

研究人員稱,目前的空氣發電機的發電量,能為小型電子設備供電,他們預計這一技術將很快投入商業應用。

未來,他們計劃開發一款空氣發電機「補丁」,為健身追蹤器、智能手錶等可穿戴設備供電,使得這些產品不再需要傳統電池。他們還希望開發用於手機的空氣發電機版本,免除用戶給手機充電的痛苦。

姚軍說,「我們的最終目標,是開發大規模系統。例如,這一技術將被整合在裝修材料中,為消費者家庭提供電能。我們還可能開發獨立的空氣發電機,為電網供應電能。一旦我們的技術投入工業化應用,我預計我們開發的大型系統,將對可持續能源的生產產生重大影響。」

為了推動地桿菌的實際應用,洛弗利的實驗室最近開發了一種新菌種,能進一步加快蛋白質納米線的生產速度,降低成本。

他說,「我們將大腸桿菌轉化成蛋白質納米線工廠。有了這種規模化生產的工藝,蛋白質納米線的供應將不再是開發這些應用的瓶頸。」

他們表示,空氣發電機的開發,彰顯了不同尋常的跨學科合作。30多年前,洛弗利在波托馬克河的污泥中發現了地桿菌,之後,他的團隊發現了它能用來生產具有導電性的蛋白質納米線的能力。

在入職馬薩諸塞大學安姆斯特分校前,姚軍曾在哈佛大學工作數年,利用硅納米線設計了一款電子產品。他們合作的目的,是探索利用由地桿菌生產的蛋白質納米線,能否用於電子產品中。

姚軍實驗室的博士研究生劉小蒙(Xiaomeng Liu,音譯)在開發新的傳感器裝置,「我看見了這種現象,當納米線與電極相連時,裝置就會生成電流。我發現,暴露在空氣中是它能發電的必不可少的條件,蛋白質納米線能吸收水分,設備上會產生電壓。」

除空氣發電機外,姚軍實驗室還開發了蛋白質納米線的數種其他應用。他說,「基於蛋白質的電子設備新時代的大幕才剛剛開啟。」

來源:cnBeta