【大紀元2023年06月07日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）無污染發電是人們一直追求的目標，最近，美國一所大學研發了一種設備，可從潮濕的空氣中獲取電能，受到多家機構和企業的支持。該項研究成果今年5月發表在《先進材料》雜誌上。
美國麻薩諸塞大學阿默斯特分校（University of Massachusetts Amhers，UMass）的研究團隊，將多種材料的孔徑縮至100納米（nm）以下，使其變成利用空氣中的濕氣進行發電的設備。
論文表示，只要有水氣，設備就能全天候的運轉發電，這是會受特定條件影響的風能、太陽能和氫能等技術所不具備的優勢。
這種構想源自於該校微生物學特聘教授德里克·洛夫利（Derek Lovley）。2020年，他利用硫還原地桿菌（Geobacter sulfurreducens）生長出來的特殊蛋白質製成一種薄膜，讓它利用環境空氣濕度來發電。
科學家認為，這項獨特的發電機制是，水份子在穿過薄膜層時容易撞到材料表面的孔洞邊緣，從而產生出能量。這導致材料的上部，會比下部更容易受到攜帶電荷的水份子撞擊，從而兩端產生電荷差，就像雲朵會自行產生電力一樣。科學家將這種設備稱為「空氣發生器」（Air-gen）。
依據這一特性，研究人員用蛋白質納米線以外的材料進行試驗。他們利用新的材料製作成了新的電力收集器。
這種電力收集器由玻璃（二氧化矽）為基底，在上面放置一層薄薄的特殊材料，材料中充滿小於100nm的納米孔，讓水份子可以充份從材料的上部傳遞到材料的下部，兩側接上50nm厚的純金的電極，保證電力能夠良好的運行。
研究人員解釋說，使用100nm這個參數是因為，空氣中的水份子在撞到另一個相同單個水份子的平均距離為100nm。
首先，他們使用常見纖維素納米纖維（CNF）做成一個0.25平方厘米、厚度為25微米（µm）的薄膜發電器件。結果顯示，該材料做成的薄膜發電器件能夠輸出260毫伏特（mV）。雖然這種材料與蛋白質納米線成份不同，但具有一些相似的結構特徵能夠產生電流。
他們還用0.25平方厘米且厚度不同的材料進行了多次測試，其中包括21µm厚的絲素蛋白（SF）、6µm厚的氧化石墨烯（GOx）、31µm厚的硫還原地桿菌（G . sulfurreducens）和11µm厚的PEDOT（3,4-乙烯二氧噻吩），它們均能吸附空氣中的水氣，且產生微小的電流。
另外，研究人員還發現，薄膜的厚度越厚其吸水性質越低，但發出的電壓越上升。材料層的電阻也會隨著材料片數目的增加而增加，而納米薄膜的電阻與水份吸附成反比。這些結果證明，納米多孔材料中的厚度會影響材料吸附水氣的能力。
研究人員還將氧化石墨烯和其它生物材料製成的薄膜進行拼接，形成另一種新的發電裝置。結果顯示，產生的電壓比單一材料來的更好，但材料的厚度越厚，產生的電壓卻越低。
論文中提到，這個「空氣發生器」的厚度僅為人類頭髮直徑的幾分之一，因此可以把它們進行大量堆疊（數千個），從而擴大和增加裝置的發電能力，讓裝置最終能提供千瓦級的電力，還能在有空氣濕度的情況下進行全天候的發電。
該論文的第一作者、麻薩諸塞大學電氣與電腦工程專業的研究生劉曉萌（音譯，Xiaomeng Liu）對該校新聞社表示，「我們正在打開一扇從稀薄空氣中獲取清潔電力的大門，這結果讓人非常振奮。」
該系的助理教授姚軍（音譯，Jun Yao）表示，「實際上，任何一種材料只要它具有小於100nm的孔且能吸附水氣，就能從空氣中獲取電能。這意味著，無論在哪裏都能通過『空氣發生器』獲得清潔電力。」
他解釋，「空氣中含有大量的電力，就像雲團中含有水滴、電荷和電子。在一定條件下，雲朵就會產生閃電。不過，我們不知道如何捕捉來自閃電的電能，因此我們創造一個小的人造雲，以我們可預測的方式為我們發電、收集電能和觀察。」
目前這項研究得到美國國家科學基金會、索尼集團、Link基金會和麻省大學阿默斯特分校應用生命科學研究所（IALS）的支持。
責任編輯：邵亦
