微生物燃料电池大突破：只要土壤中有碳就行!

  近期，美国西北大学的一个研究小组展示了一种非凡的发电新方法，他们将一个平装书大小的装置放置在土壤中，只要土壤中有碳，就可以利用微生物分解泥土产生的能量来发电。

  这种设备被称为微生物燃料电池，已有100多年的历史。它们的工作原理有点像电池，有阳极、阴极和电解质，但它们不是从化学来源获取电力，而是与细菌一起工作，细菌在吞噬土壤时自然地向附近的导体提供电子。

   然而，这些细菌需要被埋在泥土里的同时保持水和氧气的供应。该项目负责人Bill Yen说，“它们的性能不可靠和输出功率较低，阻碍了它们的实际应用，特别是在低湿度条件下。”

  因此，研究小组着手创造了几种新的设计，旨在使电池能够持续接触氧气和水，并成功地研制出了一种形状像垂直放置在水平圆盘上的墨盒的设计。圆盘状的碳毡阳极水平放置在设备底部，深埋在土壤中，当微生物消化泥土时，它可以捕获电子。

  与此同时，导电金属阴极则垂直放置在阳极的顶部。因此，只要底部埋得足够深，就可以从深层土壤中获取水分，而顶部则与地表齐平。

  此外，在电极的整个长度上都有一个通气间隙，顶部的保护盖可以防止灰尘和碎屑掉入，切断阴极与氧气的接触。阴极的一部分还涂有防水材料，这样当洪水泛滥时，仍有一部分疏水性阴极与氧气接触，以保持燃料电池的运行。

  最新研究成果已于近期发表在了《计算机协会(ACM)交互、移动、可穿戴和泛在技术论文集》(Proceedings of the ACM on Interactive， Mobile， Wearable and Ubiquitous Technologies)上。

  在测试中，这种设计在不同的土壤湿度水平下表现一致，从完全浸没在水中到“有些干燥”的土壤(含水量仅为 41%)。平均而言，它所产生的电量是其板载湿度和触摸检测系统运行所需电量的68倍，并能通过微型天线将数据传输到附近的基站。

  与其他超长期发电来源一样，比如利用核废料制成的光伏金刚石电池，这里产生的电量不足以驱动智能手机，更多的是被设计为为小型传感器供电，这些传感器可以长期运行，无需定期更换电池。

  Yen说：“如果我们想象未来有数万亿个这样的设备，我们不可能用锂、重金属和对环境有害的毒素来制造每一个设备。我们需要找到替代方案。因此，我们把目光投向了土壤微生物燃料电池，它利用特殊的微生物来分解土壤，并利用这种低能量来为传感器供电。只要土壤中有有机碳供微生物分解，燃料电池就有可能永远运行下去。”

  根据研究团队的说法，上述设计最巧妙的部分是，其所有组件都可以在五金店的货架上买到。因此，在这项研究和广泛商业化之间不存在供应链或材料问题。

来源：财联社

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