1 月 16 日消息，美國西北大學(xué)的研究團(tuán)隊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產(chǎn)生的能量，只要土壤中有碳元素，這種裝置就能運轉(zhuǎn)下去。
據(jù)IT之家了解，“微生物燃料電池”技術(shù)其實已有超過百年的歷史，其工作原理與電池類似，擁有陽極、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)菌在分解土壤時自然釋放的電子，通過導(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際應(yīng)用，尤其是在低濕度條件下，”西北大學(xué)校友、該項目負(fù)責(zé)人 Bill Yen 表示。
西北大學(xué)的研究團(tuán)隊針對這些難題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，最終成功開發(fā)出一種新型的微生物燃料電池，形狀類似于一個垂直放置的墨盒，底部由碳?xì)种瞥傻年枠O埋入土壤深處，收集微生物分解有機物產(chǎn)生的電子，位于上方的金屬陰極則通過巧妙的設(shè)計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，即使在土壤含水量僅為 41% 的“干燥”環(huán)境下也能持續(xù)發(fā)電，平均而言，其產(chǎn)生的電量是其運行內(nèi)部濕度和觸摸檢測系統(tǒng)以及通過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)生的電量無法直接驅(qū)動汽車或手機，但它非常適合為微型傳感器提供長期的電力供應(yīng)，從而實現(xiàn)“無電池化”運行。
“如果未來有數(shù)萬億這樣的裝置被部署，我們絕對不能使用會污染環(huán)境的鋰、重金屬和有毒物質(zhì)，”項目負(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)測土壤的各種元素，如水分、營養(yǎng)成分、污染物等，實現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。在田間放置幾十個這樣的裝置，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到，不存在供應(yīng)鏈或材料方面的限制，可以實現(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)其實已有超過百年的歷史，其工作原理與電池類似，擁有陽極、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)菌在分解土壤時自然釋放的電子，通過導(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際應(yīng)用，尤其是在低濕度條件下，”西北大學(xué)校友、該項目負(fù)責(zé)人 Bill Yen 表示。
西北大學(xué)的研究團(tuán)隊針對這些難題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，最終成功開發(fā)出一種新型的微生物燃料電池，形狀類似于一個垂直放置的墨盒，底部由碳?xì)种瞥傻年枠O埋入土壤深處，收集微生物分解有機物產(chǎn)生的電子，位于上方的金屬陰極則通過巧妙的設(shè)計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，即使在土壤含水量僅為 41% 的“干燥”環(huán)境下也能持續(xù)發(fā)電，平均而言，其產(chǎn)生的電量是其運行內(nèi)部濕度和觸摸檢測系統(tǒng)以及通過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)生的電量無法直接驅(qū)動汽車或手機，但它非常適合為微型傳感器提供長期的電力供應(yīng)，從而實現(xiàn)“無電池化”運行。
“如果未來有數(shù)萬億這樣的裝置被部署，我們絕對不能使用會污染環(huán)境的鋰、重金屬和有毒物質(zhì)，”項目負(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)測土壤的各種元素，如水分、營養(yǎng)成分、污染物等，實現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。在田間放置幾十個這樣的裝置，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到，不存在供應(yīng)鏈或材料方面的限制，可以實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。
