1 月 16 日消息，美國(guó)西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)展示了一種非凡的發(fā)電方法，他們研制了一種放在土壤中的微型裝置，可收集微生物分解污垢時(shí)產(chǎn)生的能量，只要土壤中有碳元素，這種裝置就能運(yùn)轉(zhuǎn)下去。
據(jù)IT之家了解，“微生物燃料電池”技術(shù)其實(shí)已有超過(guò)百年的歷史，其工作原理與電池類似，擁有陽(yáng)極、陰極和電解液，但不同之處在于，它不是從化學(xué)物質(zhì)中汲取電能，而是利用細(xì)菌在分解土壤時(shí)自然釋放的電子，通過(guò)導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為電能。
然而，傳統(tǒng)的微生物燃料電池一直面臨著兩個(gè)難題：一是埋在土壤中難以持續(xù)供給水和氧氣；二是輸出功率較低，性能不穩(wěn)定。“雖然微生物燃料電池的概念已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，但其不可靠的性能和低輸出功率一直阻礙了其實(shí)際應(yīng)用，尤其是在低濕度條件下，”西北大學(xué)校友、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Bill Yen 表示。
西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)這些難題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終成功開(kāi)發(fā)出一種新型的微生物燃料電池，形狀類似于一個(gè)垂直放置的墨盒，底部由碳?xì)种瞥傻年?yáng)極埋入土壤深處，收集微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的電子，位于上方的金屬陰極則通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)既能接觸土壤深處的水分，又能與地表空氣保持接觸，保證氧氣供應(yīng)。
測(cè)試表明，這種新型微生物燃料電池在不同土壤濕度條件下都能穩(wěn)定工作，即使在土壤含水量?jī)H為 41% 的“干燥”環(huán)境下也能持續(xù)發(fā)電，平均而言，其產(chǎn)生的電量是其運(yùn)行內(nèi)部濕度和觸摸檢測(cè)系統(tǒng)以及通過(guò)微型天線向附近基站傳輸數(shù)據(jù)所需電量的 68 倍。
雖然這種裝置產(chǎn)生的電量無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)或手機(jī)，但它非常適合為微型傳感器提供長(zhǎng)期的電力供應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)“無(wú)電池化”運(yùn)行。
“如果未來(lái)有數(shù)萬(wàn)億這樣的裝置被部署，我們絕對(duì)不能使用會(huì)污染環(huán)境的鋰、重金屬和有毒物質(zhì)，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Bill Yen 表示，“我們需要尋找替代方案，用微量的能源來(lái)支持分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)。土壤微生物燃料電池正是這樣的選擇，只要土壤中有有機(jī)碳，它就能源源不斷地為傳感器供電。”
這些傳感器可以幫助農(nóng)民監(jiān)測(cè)土壤的各種元素，如水分、營(yíng)養(yǎng)成分、污染物等，實(shí)現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。在田間放置幾十個(gè)這樣的裝置，就可以持續(xù)多年產(chǎn)生數(shù)據(jù)。
值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)表示，這種新型微生物燃料電池的所有部件都可以在五金商店買(mǎi)到，不存在供應(yīng)鏈或材料方面的限制，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。
據(jù)IT之家了解，“微生物燃料電池”技術(shù)其實(shí)已有超過(guò)百年的歷史，其工作原理與電池類似，擁有陽(yáng)極、陰極和電解液，但不同之處在于，它不是從化學(xué)物質(zhì)中汲取電能，而是利用細(xì)菌在分解土壤時(shí)自然釋放的電子，通過(guò)導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為電能。
然而，傳統(tǒng)的微生物燃料電池一直面臨著兩個(gè)難題：一是埋在土壤中難以持續(xù)供給水和氧氣；二是輸出功率較低，性能不穩(wěn)定。“雖然微生物燃料電池的概念已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，但其不可靠的性能和低輸出功率一直阻礙了其實(shí)際應(yīng)用，尤其是在低濕度條件下，”西北大學(xué)校友、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Bill Yen 表示。
西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)這些難題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終成功開(kāi)發(fā)出一種新型的微生物燃料電池，形狀類似于一個(gè)垂直放置的墨盒，底部由碳?xì)种瞥傻年?yáng)極埋入土壤深處，收集微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的電子，位于上方的金屬陰極則通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)既能接觸土壤深處的水分，又能與地表空氣保持接觸，保證氧氣供應(yīng)。
測(cè)試表明，這種新型微生物燃料電池在不同土壤濕度條件下都能穩(wěn)定工作，即使在土壤含水量?jī)H為 41% 的“干燥”環(huán)境下也能持續(xù)發(fā)電，平均而言，其產(chǎn)生的電量是其運(yùn)行內(nèi)部濕度和觸摸檢測(cè)系統(tǒng)以及通過(guò)微型天線向附近基站傳輸數(shù)據(jù)所需電量的 68 倍。
雖然這種裝置產(chǎn)生的電量無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)或手機(jī)，但它非常適合為微型傳感器提供長(zhǎng)期的電力供應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)“無(wú)電池化”運(yùn)行。
“如果未來(lái)有數(shù)萬(wàn)億這樣的裝置被部署，我們絕對(duì)不能使用會(huì)污染環(huán)境的鋰、重金屬和有毒物質(zhì)，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Bill Yen 表示，“我們需要尋找替代方案，用微量的能源來(lái)支持分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)。土壤微生物燃料電池正是這樣的選擇，只要土壤中有有機(jī)碳，它就能源源不斷地為傳感器供電。”
這些傳感器可以幫助農(nóng)民監(jiān)測(cè)土壤的各種元素，如水分、營(yíng)養(yǎng)成分、污染物等，實(shí)現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。在田間放置幾十個(gè)這樣的裝置，就可以持續(xù)多年產(chǎn)生數(shù)據(jù)。
值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)表示，這種新型微生物燃料電池的所有部件都可以在五金商店買(mǎi)到，不存在供應(yīng)鏈或材料方面的限制，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。
