新发明“无中生有”发电——提供全天候清洁能源

时间:2020-02-23 17:22 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

新发明“无中生有”发电——提供全天候清洁能源

可再生设备可以帮助缓解气候变化,为医疗设备提供动力。

马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的科学家们开发了一种设备,利用一种天然蛋白质从空气中的水分中发电。他们表示,这项新技术可能会对可再生能源、气候变化和医学的未来产生重大影响。

正如今天在《自然》杂志上报道的,马萨诸塞州立大学阿默斯特分校的电子工程师Jun Yao和微生物学家Derek Lovley的实验室创造了一种他们称之为“空气发生器”的装置,或空气发电机,带有导电蛋白质纳米线产生的微生物Geobacter。空气源将电极与蛋白质纳米线连接起来,其方式是通过自然存在于大气中的水蒸气产生电流。

“我们实际上是在利用稀薄的空气发电,”姚说。“空气发电机全天候提供清洁能源。”30多年来,拉弗里一直致力于开发基于生物技术的先进电子材料,他补充说:“这是迄今为止蛋白质纳米线最令人惊讶和兴奋的应用。”

我们简直是在无中生有地发电。空气发电机全天候提供清洁能源。”本;小君么

姚实验室开发的新技术是无污染、可再生和低成本的。它甚至可以在撒哈拉沙漠等湿度极低的地区发电。Lovley说,与包括太阳能和风能在内的其他形式的可再生能源相比,它具有显著的优势,因为与这些其他可再生能源不同,空气发电不需要阳光或风,而且“它甚至可以在室内工作”。

研究人员解释说,这种空气发生器只需要不到10微米厚的蛋白质纳米线薄膜。薄膜的底部位于一个电极上,而一个更小的电极只覆盖了纳米线薄膜的一部分。薄膜从大气中吸收水蒸气。蛋白质纳米线的导电性和表面化学性质的结合,加上薄膜内纳米线之间的细孔,为两个电极之间产生电流创造了条件。

研究人员表示,目前的空气发电设备能够为小型电子设备提供动力,他们希望很快将这项发明推向商业规模。下一步计划包括开发一个小型的空气发电“补丁”它可以为健康和健身监视器和智能手表等电子可穿戴设备提供动力,从而消除了对传统电池的需求。他们还希望开发出适用于手机的空气发生器,以消除周期性充电。

“这只是以蛋白质为基础的电子设备新时代的开始”本;小君么

姚说:“最终的目标是制造大规模的系统。例如,这项技术可以应用到墙漆中,为你的家提供动力。或者,我们可以开发独立的空气动力发电机来提供电力。一旦我们达到工业规模的电线生产,我完全期待我们能够制造出大型系统,为可持续能源生产做出重大贡献。

为了继续推进Geobacter的实用生物学能力,Lovley的实验室最近开发了一种新的微生物菌株,可以更迅速、更廉价地大量生产蛋白质纳米线。“我们把大肠杆菌变成了蛋白质纳米线工厂,”他说。有了这种可扩展的新工艺,蛋白质纳米线的供应将不再是开发这些应用的瓶颈。

他们说,空气发电的发现反映了一种不同寻常的跨学科合作。30多年前,洛夫利在波托马克河的泥浆中发现了Geobacter微生物。他的实验室后来发现了它产生导电蛋白质纳米线的能力。在加入马萨诸塞州立大学阿默斯特分校之前,姚曾在哈佛大学工作多年,在那里他用硅纳米线设计电子设备。他们联合起来,看看是否能用从Geobacter获得的蛋白质纳米线来制造有用的电子设备。

姚实验室的博士生刘晓萌(音译)在开发传感器设备时,发现了一件意想不到的事情。他回忆说:“我看到当纳米线以特定的方式与电极接触时,设备就会产生电流。我发现,暴露在空气湿度下是必要的,而蛋白质纳米线吸附水,在整个设备上产生电压梯度。”

除了空气源,姚的实验室还开发了其他几种利用蛋白质纳米线的应用。“这只是以蛋白质为基础的电子设备新时代的开始”姚说。

参考文献:“利用蛋白质纳米线从环境湿度中发电”刘晓萌,高红艳,Joy E. Ward,刘晓荣,尹兵,傅天达,陈剑涵,Derek R. Lovley,姚俊,2020年2月17日,《自然》。

DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 2010 - 9

麻省理工学院阿默斯特分校技术商业化和风险办公室提供的种子基金以及该校自然科学学院的研究发展基金为这项研究提供了部分支持。

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