最新发电技术 用盐水在纳米薄膜上发电

IEEE电气电子工程师学会 2019-09-17 15:00

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Photo: Jana Butman/Geiger group


新的海水发电方法可以为潜艇甚至植入式医疗设备提供动力。


一种新的发电方式,包括盐水(或其他含有离子的液体)流过超薄金属带,有望为潮汐或波浪能发电市场增添新的活力。


新的方法集中在超薄的铁或镍表面,这些表面已经蒸发到塑料或玻璃载玻片上。例如,通过表面的海水水滴可以在底层金属膜中产生电流。


许多其他可能的应用也被提出,包括一个微型电源,由血液流动为植入式装置提供动力,甚至反向运行这个过程——无声的船只或潜艇推进系统。


西北大学化学教授Franz Geiger说,去年夏天他在科罗拉多州的Telluride举行的一次会议上首次提出了这个新颖的想法。他看到一个关于诱导电子穿过一片石墨烯的演示,他说他意识到他可以实现很多相同的目标。


“在我的团队中,我们开发了这些纳米金属薄膜,”他说。“我想,‘这必须是完全相同的事情’,除了现在我们从一个碳原子厚的薄片变成10纳米的铁。只要你把它绝缘,它应该完全有效。我们可以在一个步骤中用金属进行数百平方米的表面覆盖,而不是用真正复杂的多步骤工艺来获得几平方英寸的石墨烯。”


Geiger说,最基本的想法是,一滴盐水中的钠离子会在10到30纳米厚的金属膜中产生镜像电荷。他说,薄膜顶部的一层氧化层(铁生锈)应该提供足够的绝缘,使水滴中的正钠离子与金属薄膜中释放的电子分离。


然后,当水滴沿着含有薄膜的载玻片向下运动时,它会拖动金属中的镜像电子。这是一个非常小的电流。Geiger说,即使坐在房间里,他也意识到这是一个潜在的重大发现。他说:“我在一张纸上画了这个草图,让我的同事在上面签字。”


Geiger和他的六位同事在最近一期的《国家科学院院刊》(National Academy of Sciences)上发表了他们的发现。他们认为,这一过程似乎能够扩大规模。


他们的初步计算(尽管还没有经过测试)表明,即使是发电千瓦时的电也可能是可行的。根据他们的估计,一个10米乘10米的100片塑料薄片(每片都涂上了金属薄膜)的方阵叠层,使用他们的方法,可能产生高达2到5千瓦时的电力。


他说:“这基本上是一个标准的美国家庭使用一个空调和电视之类的东西的正常电量。”


当然,Geiger很快补充道,“这种效应在某些特殊情况下会非常有用,因为不仅海洋中存在大量盐水,在人体中也存在着大量生理盐水溶液。在海洋中,漂浮的浮标可以利用海水的波动产生电能。在人体中,静脉中的生理盐水溶液以周期性的脉冲流动,这可以为那些人体植入设备提供电能。因此,尽管现实情况还很遥远,但仍有可能想象将这种发电技术应用于植入血管的装置中,这种装置可以利用血流产生微小但可能有用的电力。”


另一方面,还需要首先解决许多其他的工程问题,包括防止植入设备上的薄膜堆积,这些薄膜可能会破裂进入血流,如果它们堆积在心脏或大脑中,可能会引发心脏病或中风。


像其他发电技术一样,Geiger团队的“金属纳米层”技术也可以反向运行。也就是说,不是用移动的盐水滴在薄膜中产生电流,而是用薄膜中的电流来移动盐水。


他说,这个装置没有活动部件。所以海水会静静地移动。他补充说,海水很咸。这只会提高电动盐水泵或无声推进系统的效率。



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