MIT新技术直接从环境获取电能

2021年6月16日星期三

MIT新技术直接从环境获取电能

新发明的机制可以无需电池而从环境摄取能量，此为研究者给出的示意图。蓝色方块为从碳纳米管研磨而成的小颗粒，绿色方块为类似特富龙的涂层材料。（Jose-Luis Olivares/MIT）

麻省理工学院（MIT）的科学家发明了一种全新的供给能量的方式，无需电池，直接从周围的环境获取能量转化为电能，就地取能、就地使用。

主要研究者MIT化学工程系教授斯特拉诺（Michael Strano）说：“这个发电机制是全新的，这项技术很有趣，只要把碳纳米管粒子组成的薄片材料浸在一种溶液里，就能产生电化学效应，无需电线。”

这项技术从碳纳米管独特的导电特性而来。2010年，斯特拉诺引领的研究第一次展示，碳纳米管可以产生“热电波”。在碳纳米管的一端涂上一层特殊的材料，会使碳纳米管产生不对称性。这种不对称性引发电子自动从碳纳米管的一端流向没有涂层材料的一端，形成电流。

利用碳纳米管这样的特性，这份研究把碳纳米管研磨成小颗粒，制成平面薄片材料，并在薄片的其中一面涂上类似特富龙（Teflon）的化合物，之后从薄片上切出少量粒子。这些粒子的长宽只有250微米。

再把这些粒子浸在一种倾向于吸收电子的有机溶剂里面，溶剂附着在粒子上没有涂层的一端，便开始从材料里拉动电子。“溶剂把电子拉走，（材料）系统为了达到平衡而移动电子，”斯特拉诺说，“没有复杂的电池化学原理，就是把粒子放在溶剂里面，它就开始产生电场。”

没有参与这项研究的同行麻萨诸塞大学（University of Massachusetts）电气和计算机工程学助理教授姚军（Jun Yao，音译）说：“这项研究明智地展示，怎样利用电子材料把无处不在的电能提取出来使用，就地实现电化学合成反应。这项成果很了不起，它提供了一种通用的思路，可以采用其它材料或用在其它领域的各种合成系统里。”

研究称，每个粒子能产生大约0.7伏特的电力。作为展示，这项研究用数百个粒子组成阵列式材料，所产生的电力足够供给酒精氧化反应。这种化学反应在现代化工业内广泛用到，把酒精转化成醛或酮。

研究人员考虑这种供电方式还可以为小型或微型机器人供电，用在环境检测仪或病理检查等方面。

斯特拉诺说：“我们对这项技术满意之处在于，无需使用电池，直接从环境中获取能量使用。”

这份研究6月7日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）期刊。◇