利用空气发电 科学家发现获得清洁能源的新途径

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从空气中发电？你没听错。最近，研究人员发现了一种使用几乎任何材料从空气中收集电能的方法。

文字|陈强

马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员有了一个惊人的发现：只要满足一个条件，几乎任何材料都可以用来制造一种可以从潮湿空气中持续收集电能的装置。而这个条件就是材料表面必须有许多直径小于100纳米的纳米孔。虽然看起来很神奇，但原理比想象的要简单得多。

空气中含有电吗？空气中有很多电能，你只需要抬头看看天空中的云彩就可以看到。云实际上是由大量小水滴组成的，每个小水滴都带有电荷。当条件合适时，云可以以闪电的形式释放出大量的电能。不幸的是，我们没有可靠的方法来收集这些电能。

那么如何创建一个可控的云呢？ 2020 年，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员创造了一种小型人造云，可以可控地持续发电。为了收集电能，他们开发了一种能量收集装置，该装置由一种名为Geobacter sulfurreducens 的细菌生长的蛋白质纳米线制成。

完成这项研究后，研究人员立即意识到细菌是不必要的。他们发现几乎任何材料都可以用来从空气中收集电能，只要它们的纳米孔直径小于100 纳米即可。因此，他们将这项技术称为“通用气源效应”。研究人员在2023 年5 月出版的Advanced Materials 杂志上公布了该技术的详细信息。那么，他们究竟是如何实施这项技术的呢？

纳米孔是发电的关键该技术的能量收集装置由充满纳米孔的薄膜制成，可以让空气中的水分子从薄膜的上层传递到下层。但由于每个孔都非常小，水分子在穿过膜时很容易撞到孔的边缘。当它们碰撞时，水分子的电荷转移到膜上并积累。由于上层比下层更容易被水分子击中，因此在薄膜的两侧之间产生了电荷差。利用这种电荷差异，让电子流动形成电流，就可以发电。这是一种绿色清洁的能源，它的来源只是潮湿的空气。

目前，这项技术仍处于早期阶段。研究人员测试的由纤维素制成的薄膜在实验中产生了大约260 毫伏的电压输出，而日常生活中为手机充电通常需要大约5 伏。但薄膜的厚度比人类头发的宽度小得多，这意味着它们可以很容易地堆叠，允许更高的电压输出，使它们更实用。

研究人员说，由于膜几乎可以由任何材料制成，这意味着选择最适合环境的材料。例如，您可以想象一种能量收集装置由一种适合在热带雨林环境中使用的材料制成，另一种由另一种适合更干旱环境的材料制成。接下来，研究人员将在不同的环境中测试这些能量收集设备，并努力提高它们的功率输出。

参考：

https://doi.org/10.1002/adma.202300748