微生物燃料電池大突破：只要土壤中有碳就行!

　　近期，美國西北大學(xué)的一個研究小組展示了一種非凡的發(fā)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(chǎn)生的能量來發(fā)電。

　　這種設(shè)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(zhì)，但它們不是從化學(xué)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(dǎo)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(yīng)。該項目負責(zé)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(yīng)用，特別是在低濕度條件下。”

　　因此，研究小組著手創(chuàng)造了幾種新的設(shè)計，旨在使電池能夠持續(xù)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(shè)計。圓盤狀的碳氈陽極水平放置在設(shè)備底部，深埋在土壤中，當(dāng)微生物消化泥土?xí)r，它可以捕獲電子。

　　與此同時，導(dǎo)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(dāng)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(fā)表在了《計算機協(xié)會(ACM)交互、移動、可穿戴和泛在技術(shù)論文集》(Proceedings of the ACM on Interactive， Mobile， Wearable and Ubiquitous Technologies)上。

　　在測試中，這種設(shè)計在不同的土壤濕度水平下表現(xiàn)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(chǎn)生的電量是其板載濕度和觸摸檢測系統(tǒng)運行所需電量的68倍，并能通過微型天線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇幕尽?/p>

　　與其他超長期發(fā)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(chǎn)生的電量不足以驅(qū)動智能手機，更多的是被設(shè)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(shù)萬億個這樣的設(shè)備，我們不可能用鋰、重金屬和對環(huán)境有害的毒素來制造每一個設(shè)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(jù)研究團隊的說法，上述設(shè)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(yè)化之間不存在供應(yīng)鏈或材料問題。

　　來源：財聯(lián)社