美国大学利用天然蛋白质研发空气发电机 利用空气中的水蒸气发电

2020-03-25 09:53  来源:科技新闻  浏览:  

据外媒报道,美国马萨诸塞大学阿默斯特分校(the University of Massachusetts Amherst)的科学家们研发了一款设备,可以利用一种天然蛋白质,再利用空气中的水分发电。科学家们表示,该项新技术可能会对可再生能源、气候变化以及医学的未来产生重大影响。

马萨诸塞大学阿默斯特分校电子工程师Jun Yao和微生物学家Derek Lovley研发了一款名为“空气发电机”(Air-gen)的设备,配备了由微生物地杆菌属(Geobacter)产生的导电蛋白质纳米线。该空气发电机通过自然存在于大气中的水蒸气产生电流,将电极与蛋白质纳米线连接在一起。

Yao表示:“我们真的是在利用稀薄空气发电,而且该空气发电机可以全天候提供清洁能源。” 30多年来,Lovely一直致力于研发基于生物技术的先进电子材料,他补充表示:“这是迄今为止,蛋白质纳米线最令人惊讶和兴奋的应用。”

Yao的实验室研发的该项技术无污染、可再生且成本低,甚至可以在撒哈拉沙漠等湿度极低的地方发电。Lovley表示,与包括太阳能和风能在内的其他形式的可再生能源相比,该技术具有显著优势,因为与其他可再生能源不同,空气发电机无需阳光或风,甚至“可以在室内工作。”

研究人员解释表示,该空气发电机只需要不到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,而更小的一个电极只覆盖了位于其上的纳米线薄膜的一部分。该薄膜可以从大气中吸收水蒸气,蛋白质纳米线具有导电性,加上其表面的化学性,以及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,目前该空气发电机只能为小型电子设备提供动力,希望很快可以实现商业化。下一步,他们计划研发一种小型空气发电机“补丁”,可以为健康和健身设备以及智能手表等可穿戴设备提供电力,消除对传统电池的需求。此外,他们还希望开发出适用于手机或电动汽车的空气发电机,消除周期性充电需求。

Yao表示:“最终目标是打造大规模系统。例如,该技术可以嵌入到墙漆中,为家庭提供电力;或者研发独立的空气发电机供电,不再依靠电网电力;一旦能够让该蛋白质纳米线实现工业化规模生产,就可以打造大型系统,为可持续能源生产做出重大贡献。”

为了继续发挥Geobacter的生物学功能,Lovley的实验室最近研发了一种新型微生物菌株,可以更迅速、更低价地量产蛋白质纳米线。“我们将大肠杆菌变成了蛋白质纳米线,利用该项可扩展的新型工艺,蛋白质纳米线供应不再是研发此类应用的瓶颈。”

研究人员表示,空气发电机反映了不同寻常的跨学科合作。Lovley在30多年前,在Potomac河的泥浆中发现了Geobacter微生物,后来,其实验室发现了该微生物有制造出导电蛋白质纳米线的能力。在加入马萨诸塞大学阿默斯特分校之前,Yao曾在哈佛大学工作多年,曾在该校利用硅纳米线设计了电子设备。现在,他们两人合作,研究是否能够利用Geobacter微生物制成的蛋白质纳米线打造有用的电子设备。

Yao实验室的博士生Xiaomeng Liu在研发传感器设备时,发现了一件意想不到的事。“我看到,当该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,将其暴露在一定湿度的空气下很有必要,而蛋白质纳米线会吸收水分,从而在整个设备上造成了电压梯度。”

除了空气发电机,Yao的实验室还在利用该蛋白质纳米线研发其他应用。Yao表示:“这只是以蛋白质为基础的电子设备新时代的开始。”

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