科学家利用天然蛋白质完成空气发电 未来随时随地都能给手机充电

科学家利用天然蛋白质完成空气发电 未来随时随地都能给手机充电
2020年02月18日 12:08 新浪网 作者 前瞻经济学人APP

科学家利用天然蛋白质完成空气发电 未来随时随地都能给手机充电

马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的科学家们开发了一种设备,利用一种天然蛋白质与空气中的水分发生反应来发电。他们表示,这项新技术可能会对可再生能源、气候变化和医学的未来产生重大影响。

根据2月17日在《自然》杂志上的报道,麻省理工学院阿默斯特分校的电子工程师Jun Yao和微生物学家Derek Lovley的实验室发明了一种他们称之为"Air-gen"的空气发电器装置,这种装置由Geobacter细菌产生的导电蛋白质纳米线组成。空气源将电极与蛋白质纳米线连接起来,其方式是通过自然存在于大气中的水蒸气产生电流。

“我们实际上是在利用稀薄的空气发电。”Jun Yao说,“空气发电机全天候提供清洁能源。”30多年来,Lovley一直致力于开发基于生物技术的先进电子材料,他补充说:“这是迄今为止蛋白质纳米线最令人惊讶和兴奋的应用。”

Jun Yao实验室开发的新技术是无污染、可再生和低成本的。它甚至可以在撒哈拉沙漠等湿度极低的地区发电。Lovley说,与包括太阳能和风能在内的其他形式的可再生能源相比,它具有显著的优势,因为与这些其他可再生能源不同,空气发电不需要阳光或风,而且“它甚至可以在室内工作”。

研究人员解释说,"Air-gen"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,而一个更小的电极只覆盖了纳米线薄膜的一部分。薄膜从大气中吸收水蒸气。蛋白质纳米线的导电性和表面化学性质的结合,加上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,目前的空气发电设备能够为小型电子设备提供动力,他们希望很快将这项发明推向商业规模。他们的下一步计划包括开发一种小型的空气发电“补丁”,为健康和健身监测设备和智能手表等电子可穿戴设备提供动力,这将消除对传统电池的需求。他们还希望开发出适用于手机的空气发电器,以消除周期性充电。

Jun Yao说:“最终的目标是制造大规模的系统。例如,这项技术可以应用到墙漆中,为你的家提供动力。或者,我们可以开发独立的空气动力发电机来提供电力。一旦我们达到工业规模的电线生产,我完全期待我们能够制造出大型系统,为可持续能源生产做出重大贡献。”

为了继续推进Geobacter的实用生物学能力,Lovley的实验室最近开发了一种新的微生物菌株,可以更迅速、更廉价地大量生产蛋白质纳米线。“我们把大肠杆菌变成了一个蛋白质纳米线工厂。”他说。“有了这种可扩展的新工艺,蛋白质纳米线的供应将不再是开发这些应用程序的瓶颈。”

他们说,空气发电的发现反映了一种不同寻常的跨学科合作。30多年前,Lovley在波托马克河的泥浆中发现了Geobacter微生物。他的实验室后来发现了这种微生物具有产生导电蛋白质纳米线的能力。在加入马萨诸塞州立大学阿默斯特分校之前,Jun Yao曾在哈佛大学工作多年,在那里他用硅纳米线设计电子设备。后来他们携手合作,看看是否能用从Geobacter获得的蛋白质纳米线来制造有用的电子设备。

Jun Yao实验室的博士生Xiaomeng Liu在开发传感器设备时,发现了一件意想不到的事情。他回忆说:“我看到当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,暴露在空气湿度下是必要的,而蛋白质纳米线吸附水,在整个设备上产生电压梯度。”

除了“Air-gen”,Jun Yao的实验室还开发了其他几种利用蛋白质纳米线的应用。Jun Yao说:“这只是以蛋白质为基础的电子设备新时代的开始。”

原文来源:https://phys.org/news/2020-02-green-technology-electricity-thin-air.html

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