《自然》：發(fā)電機(jī)利用空氣中水分發(fā)電 還能在室內(nèi)使用

北京時(shí)間2月18日消息，馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校研究人員開發(fā)了一種發(fā)電裝置，借助一種蛋白質(zhì)，利用空氣中的水分就能發(fā)電。他們表示，這一技術(shù)將對(duì)未來的可再生能源、氣候變化和醫(yī)療產(chǎn)生深刻影響。

《自然》今天刊文稱，馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校電子工程師姚軍（Jun Yao，音譯）和微生物學(xué)家德雷克·洛弗利（Derek Lovley），開發(fā)了一種他們稱之為“空氣發(fā)電機(jī)”的裝置，利用由地桿菌制造的能導(dǎo)電的蛋白質(zhì)納米線發(fā)電。

在“空氣發(fā)電機(jī)”中，電極與蛋白質(zhì)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(fā)電機(jī)可以無中生有地發(fā)電。它可以每周7天、每天24小時(shí)地生成清潔能源。”

洛弗利過去30年一直從事可持續(xù)生物電子材料研究，他說，“這是蛋白質(zhì)納米線迄今為止最令人驚異和激動(dòng)的應(yīng)用?！?/p>

姚軍實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的這一發(fā)電技術(shù)，具有不會(huì)產(chǎn)生污染、可再生和成本低的特點(diǎn)。甚至在非常干旱的地區(qū)，例如撒哈拉沙漠，它也能發(fā)電。

洛弗利表示，與風(fēng)能、太陽能等其他形式的可再生能源相比，空氣發(fā)電機(jī)有相當(dāng)大優(yōu)勢(shì)，例如，不要求有陽光或風(fēng)，“它甚至能在室內(nèi)發(fā)電”。

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

蛋白質(zhì)納米線的導(dǎo)電性和化學(xué)特性，與薄膜中納米線間的毛細(xì)孔，為兩個(gè)電極之間生成電流創(chuàng)造了條件。

研究人員稱，目前的空氣發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，能為小型電子設(shè)備供電，他們預(yù)計(jì)這一技術(shù)將很快投入商業(yè)應(yīng)用。

未來，他們計(jì)劃開發(fā)一款空氣發(fā)電機(jī)“補(bǔ)丁”，為健身追蹤器、智能手表等可穿戴設(shè)備供電，使得這些產(chǎn)品不再需要傳統(tǒng)電池。他們還希望開發(fā)用于手機(jī)的空氣發(fā)電機(jī)版本，免除用戶給手機(jī)充電的痛苦。

姚軍說，“我們的最終目標(biāo)，是開發(fā)大規(guī)模系統(tǒng)。例如，這一技術(shù)將被整合在裝修材料中，為消費(fèi)者家庭提供電能。我們還可能開發(fā)獨(dú)立的空氣發(fā)電機(jī)，為電網(wǎng)供應(yīng)電能。一旦我們的技術(shù)投入工業(yè)化應(yīng)用，我預(yù)計(jì)我們開發(fā)的大型系統(tǒng)，將對(duì)可持續(xù)能源的生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。”

為了推動(dòng)地桿菌的實(shí)際應(yīng)用，洛弗利的實(shí)驗(yàn)室最近開發(fā)了一種新菌種，能進(jìn)一步加快蛋白質(zhì)納米線的生產(chǎn)速度，降低成本。

他說，“我們將大腸桿菌轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)納米線工廠。有了這種規(guī)?；a(chǎn)的工藝，蛋白質(zhì)納米線的供應(yīng)將不再是開發(fā)這些應(yīng)用的瓶頸。”

他們表示，空氣發(fā)電機(jī)的開發(fā)，彰顯了不同尋常的跨學(xué)科合作。30多年前，洛弗利在波托馬克河的污泥中發(fā)現(xiàn)了地桿菌，之后，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了它能用來生產(chǎn)具有導(dǎo)電性的蛋白質(zhì)納米線的能力。

在入職馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校前，姚軍曾在哈佛大學(xué)工作數(shù)年，利用硅納米線設(shè)計(jì)了一款電子產(chǎn)品。他們合作的目的，是探索利用由地桿菌生產(chǎn)的蛋白質(zhì)納米線，能否用于電子產(chǎn)品中。

姚軍實(shí)驗(yàn)室的博士研究生劉小蒙（Xiaomeng Liu，音譯）在開發(fā)新的傳感器裝置，“我看見了這種現(xiàn)象，當(dāng)納米線與電極相連時(shí)，裝置就會(huì)生成電流。我發(fā)現(xiàn)，暴露在空氣中是它能發(fā)電的必不可少的條件，蛋白質(zhì)納米線能吸收水分，設(shè)備上會(huì)產(chǎn)生電壓?！?/p>

除空氣發(fā)電機(jī)外，姚軍實(shí)驗(yàn)室還開發(fā)了蛋白質(zhì)納米線的數(shù)種其他應(yīng)用。他說，“基于蛋白質(zhì)的電子設(shè)備新時(shí)代的大幕才剛剛開啟?！?/p>

由蛋白質(zhì)納米線組成的薄膜利用大氣中水分生成電流的渲染圖