能源新趨勢

溫智童

簡介在美國制造業(yè)倡議下，美國能源部宣布成立減少蘊藏能源使用和排放協(xié)會，簡稱REMADE。這個新組織由可持續(xù)發(fā)展的制造業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟領(lǐng)導，將借貸7000萬美元用于聯(lián)盟資金，外加 7000萬美元用于100多名私人合作者的成本擔保以及使用再回收、再利用技術(shù)、再制造材料如金屬，纖維，聚合物等以及電子廢物的費用，該協(xié)會致力于到2027年將所有能源利用效率提升50%。

一、細胞生物電池

賓漢姆頓大學和紐約州立大學的研究人員在一張紙上研發(fā)出一款細菌供能的生物電池。這張色層分析紙的一半，由一條位于蠟薄層之下的亞硝酸銀條帶作為陰極；而另一半的陽極由導電多聚體組成的蓄水池構(gòu)成。只要適當?shù)恼郫B這張紙，并加入少許充滿細菌的液滴，細菌微生物的細胞呼吸運動就能給電池供能。實驗測試顯示，不同的折疊和堆疊方法能起到調(diào)節(jié)電能的輸出的作用。例如，六單位電池以三組并串聯(lián)結(jié)合，能在125.53?A電流下產(chǎn)生31.51?W電能；而采用6x6正方形布局，則能在105.89?A電流下產(chǎn)生44.85?W的電能。

微生物能通過任何一種可以生物降解的資源收獲電能，廢水就行，這確實可以加以利用。因此給偏遠地區(qū)護理點的一次性的診斷傳感器提供能源，生物電池不失為一個好的選擇。雖然點亮一個40瓦的燈泡可能會需要百萬計的這種“紙電池”，不過細胞生物電池給救命用的葡萄糖監(jiān)測儀或病原體檢測診斷提供能源還是綽綽有余的。參見binghanton.edu.

二、不讓能量在揮手間溜走

賓州州立國家學院工程師們設(shè)計了一款用來從風，洋流，人類運動等環(huán)境下，收獲低頻機械能的傳感器。并可以用于下一代電子設(shè)備的供電。今時今日雖然將周圍環(huán)境中的機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備已被廣泛應用，不過大多利用了壓電效應而且只能在10Hz以上奏效。然而這個靈活，有機的離子二極管新設(shè)備有著最優(yōu)表現(xiàn)的壓電發(fā)電機一樣出色的峰值功率密度的同時，卻只需要在0.1Hz的低頻率下。目前為止，沒有一款設(shè)備能在低頻下比它做得更好。

新的離子二極管由兩個被充滿相反電荷的可自由移動的離子的納米復合材料電極組成。并且由聚碳酸酯層將兩者分開。電極由用于增加導電性和機械強度的碳納米管的聚合物基體，以及浸潤的離子流體組成。應用機械力，離子跨膜擴散產(chǎn)生連續(xù)不斷的直流電，產(chǎn)生內(nèi)在的對抗離子擴散的勢能，直到達到平衡。這個靈活，輕量的聚合物設(shè)備將能夠被納入到智能手機中，類似于它可以收集觸摸屏幕的能量來重新充滿40%的電池電量。參見psu.edu.

（作者單位：中國醫(yī)科大學）