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微生物燃料電池大突破:只要土壤中有碳就行!


錄入時間:2024-1-18 15:13:06

  近期,美國西北大學的一個研究小組展示了一種非凡的發電新方法,他們將一個平裝書大小的裝置放置在土壤中,只要土壤中有碳,就可以利用微生物分解泥土產生的能量來發電。

  這種設備被稱為微生物燃料電池,已有100多年的歷史。它們的工作原理有點像電池,有陽極、陰極和電解質,但它們不是從化學來源獲取電力,而是與細菌一起工作,細菌在吞噬土壤時自然地向附近的導體提供電子。

   然而,這些細菌需要被埋在泥土里的同時保持水和氧氣的供應。該項目負責人Bill Yen說,“它們的性能不可靠和輸出功率較低,阻礙了它們的實際應用,特別是在低濕度條件下!

  因此,研究小組著手創造了幾種新的設計,旨在使電池能夠持續接觸氧氣和水,并成功地研制出了一種形狀像垂直放置在水平圓盤上的墨盒的設計。圓盤狀的碳氈陽極水平放置在設備底部,深埋在土壤中,當微生物消化泥土時,它可以捕獲電子。

  與此同時,導電金屬陰極則垂直放置在陽極的頂部。因此,只要底部埋得足夠深,就可以從深層土壤中獲取水分,而頂部則與地表齊平。

  此外,在電極的整個長度上都有一個通氣間隙,頂部的保護蓋可以防止灰塵和碎屑掉入,切斷陰極與氧氣的接觸。陰極的一部分還涂有防水材料,這樣當洪水泛濫時,仍有一部分疏水性陰極與氧氣接觸,以保持燃料電池的運行。

  最新研究成果已于近期發表在了《計算機協會(ACM)交互、移動、可穿戴和泛在技術論文集》(Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies)上。

  在測試中,這種設計在不同的土壤濕度水平下表現一致,從完全浸沒在水中到“有些干燥”的土壤(含水量僅為 41%)。平均而言,它所產生的電量是其板載濕度和觸摸檢測系統運行所需電量的68倍,并能通過微型天線將數據傳輸到附近的基站。

  與其他超長期發電來源一樣,比如利用核廢料制成的光伏金剛石電池,這里產生的電量不足以驅動智能手機,更多的是被設計為為小型傳感器供電,這些傳感器可以長期運行,無需定期更換電池。

  Yen說:“如果我們想象未來有數萬億個這樣的設備,我們不可能用鋰、重金屬和對環境有害的毒素來制造每一個設備。我們需要找到替代方案。因此,我們把目光投向了土壤微生物燃料電池,它利用特殊的微生物來分解土壤,并利用這種低能量來為傳感器供電。只要土壤中有有機碳供微生物分解,燃料電池就有可能永遠運行下去!

  根據研究團隊的說法,上述設計最巧妙的部分是,其所有組件都可以在五金店的貨架上買到。因此,在這項研究和廣泛商業化之間不存在供應鏈或材料問題。


來源:財聯社

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