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在現(xiàn)代社會(huì)，由于環(huán)境和技術(shù)發(fā)展的需要，對(duì)電池的要求越來(lái)越高，就拿現(xiàn)在的電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，由于電池續(xù)航能力的緣故，造成了電動(dòng)車(chē)面對(duì)一個(gè)不上不下的狀況。而在便攜式產(chǎn)品里面也出現(xiàn)了同樣的情況，能量消耗越來(lái)越大，而電池未能得到相應(yīng)的發(fā)展，極大的破壞了用戶體驗(yàn)，現(xiàn)在來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下最近出現(xiàn)或者取得進(jìn)展的電池技術(shù)，以饗讀者。
基于植物的可回收太陽(yáng)能電池
美國(guó)喬治理工學(xué)院和普渡大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種基于源自植物天然物質(zhì)如樹(shù)木的新型太陽(yáng)能電池，這種有機(jī)太陽(yáng)能電池所采用的可再生原材料基質(zhì)，使用后可被簡(jiǎn)單地回收。這項(xiàng)研究由喬治理工學(xué)院的工程教授Bernard Kippelen領(lǐng)銜，這名教授始終在致力于可持續(xù)、可再生太陽(yáng)能電池技術(shù)的協(xié)助研究工作。
“太陽(yáng)能技術(shù)有機(jī)基片的開(kāi)發(fā)工作一直在持續(xù)進(jìn)行中，也為未來(lái)的應(yīng)用提供了很好的幫助?！盞ippelen解釋說(shuō)，“有機(jī)太陽(yáng)能電池應(yīng)該是可以回收再利用的，另一方面我們也解決了目前的一個(gè)問(wèn)題，即是減少對(duì)礦物燃料的依賴(lài)，后者在電池使用壽命結(jié)束后無(wú)法進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。”
有機(jī)太陽(yáng)能電池基于玻璃與塑料制成，這兩者在回收工作上都比較容易。而Kippelen的太陽(yáng)能電池則由植物細(xì)胞膜質(zhì)納米晶體構(gòu)成（CNC），這即是源自于類(lèi)似樹(shù)木之類(lèi)的植物。這種電池在壽命終結(jié)后，回收工作僅需在常溫下將它們浸入水中。在數(shù)分鐘的浸濕后，CNC基質(zhì)會(huì)溶解，從太陽(yáng)能電池上簡(jiǎn)單地分離開(kāi)來(lái)。
CNC基片是透明的，本身可透光。雖然2.7%的能源效率相較其他太陽(yáng)能電池技術(shù)的研究還比較低，但其環(huán)境效益及簡(jiǎn)單回收的特性仍是相當(dāng)吸引人的。未來(lái)，研究人員期望提升這種電池產(chǎn)品的效能?！拔覀兊南乱徊接?jì)劃就是將其能源轉(zhuǎn)換效率提升至超過(guò)10%，達(dá)到用玻璃、塑料制成基片的太陽(yáng)能電池相同的水平?！盞ippenlen說(shuō)。
科學(xué)家研制可在黑暗中使用的細(xì)菌發(fā)電生物電池
國(guó)外媒體報(bào)道，用細(xì)菌制成的電池很快將會(huì)為我們的電子產(chǎn)品提供電能?？茖W(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以把細(xì)菌體表蛋白生成的能量收集起來(lái)，作為電能。這項(xiàng)重大突破將會(huì)導(dǎo)致由細(xì)菌產(chǎn)生的清潔電流，或稱(chēng)“生物電池（bio batteries）”誕生。
該研究成果發(fā)表《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上，它顯示，細(xì)菌接觸到金屬或者是礦物質(zhì)時(shí)，它們體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)就會(huì)生成電流，并通過(guò)細(xì)胞膜流出體外。這意味著可以把細(xì)菌直接“束縛”到電極上，這一發(fā)現(xiàn)表明我們又向成功制出高效微生物燃料電池邁進(jìn)了一大步。研究人員制成海洋細(xì)菌希瓦氏菌的合成版本，他們僅采用了被認(rèn)為是這種細(xì)菌用來(lái)把電子從巖石上轉(zhuǎn)移到體內(nèi)的蛋白。然后他們把這些蛋白質(zhì)嵌入到一層層泡囊中，這些是微小的油脂（脂肪）囊，例如組成細(xì)菌膜的那些物質(zhì)。隨后他們對(duì)電子在細(xì)菌體內(nèi)的給電子體和體外用來(lái)提供礦物質(zhì)的一塊金屬之間的傳輸情況進(jìn)行檢測(cè)。
英國(guó)東安格利亞大學(xué)的生物學(xué)家湯姆-克拉克博士說(shuō)：“我們知道細(xì)菌能轉(zhuǎn)移金屬和礦物質(zhì)里的電子，這種互動(dòng)主要取決于細(xì)菌體表的特殊蛋白。但是目前我們還不清楚，這些蛋白是直接還是間接通過(guò)環(huán)境中一種我們不知道的介質(zhì)做到這些的。我們的研究顯示，這些蛋白質(zhì)能夠直接‘接觸’礦物質(zhì)表面，并產(chǎn)生電流，這表明細(xì)菌可能是依附在金屬或者礦物質(zhì)表面，通過(guò)它們的細(xì)胞膜傳導(dǎo)電流的。事實(shí)上這是我們第一次觀測(cè)到細(xì)菌細(xì)胞膜的組成成分是如何與不同物質(zhì)發(fā)生互動(dòng)的，并首次了解了金屬和礦物質(zhì)在細(xì)胞表面發(fā)生的互動(dòng)存在多大差異。這些細(xì)菌展現(xiàn)出作為微生物燃料電池的巨大潛能，它們可以通過(guò)分解家庭或者農(nóng)業(yè)廢料產(chǎn)生電流?！?/p>
克拉克說(shuō)：“另一種可能性是把這些細(xì)菌當(dāng)作電極表面的微型工廠，電極通過(guò)這些蛋白質(zhì)提供的電能促使細(xì)胞內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。科學(xué)家已經(jīng)清楚，細(xì)菌會(huì)對(duì)礦物質(zhì)和金屬產(chǎn)生影響，但這是首次證實(shí)它們可以直接釋放電流。在這方面可能有其他種類(lèi)的細(xì)菌比我們當(dāng)前采用的細(xì)菌做得更加出色。未來(lái)的生物電池將在沒(méi)有太陽(yáng)能的黑暗環(huán)境下特別實(shí)用，這是因?yàn)樗鼈兡茉谡鸷蟮钠h(yuǎn)地區(qū)或者是海洋深處持續(xù)工作?！?/p>
美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的生物化學(xué)家、研究人員史梁（Liang Shi）說(shuō)：“我們研制了一種獨(dú)特系統(tǒng)，這樣我們就能模擬細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。我們測(cè)量的電子轉(zhuǎn)移率快的令人難以置信，這種速度足以支持細(xì)菌的呼吸作用。”更為重要的是，這一發(fā)現(xiàn)還有助于我們了解碳是如何在大氣層、陸地和海洋之間循環(huán)的。史梁說(shuō)：“當(dāng)有機(jī)物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)致使鐵減少時(shí)，會(huì)釋放出二氧化碳和水。而把鐵作為一個(gè)能量源時(shí)，細(xì)菌會(huì)把二氧化碳組合成食物。如果我們了解電子轉(zhuǎn)移，我們就能弄明白細(xì)菌是如何控制碳循環(huán)的。”
通過(guò)顯微鏡看到，海洋細(xì)菌希瓦氏菌的合成版本與碳電極發(fā)生互動(dòng)
湯姆-克拉克博士正在東安格利亞大學(xué)進(jìn)行研究的希瓦氏菌
湯姆-克拉克博士正在東安格利亞大學(xué)進(jìn)行研究的希瓦氏菌
生物電池可以用來(lái)為手機(jī)充電器提供電能
復(fù)旦大學(xué)研發(fā)新型鋰電池 電動(dòng)車(chē)充電十秒可跑100公里
記者日前獲悉，復(fù)旦大學(xué)吳宇平教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組突破傳統(tǒng)舊制，首次提出“電位穿越”理論，并制成了平均充電電壓為2.4伏、放電電壓為4.0伏的新型水溶液可充鋰電池（簡(jiǎn)稱(chēng)為“水鋰電”），這一成果大大突破了水溶液的理論分解電壓1.23伏。最新一期《自然》雜志子刊《科學(xué)報(bào)道》刊發(fā)了這一最新研究成果，該成果已引發(fā)美國(guó)能源研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)關(guān)注。
據(jù)了解，傳統(tǒng)方法制造的鋰電池生產(chǎn)成本較高，且其中有機(jī)電解質(zhì)溶液存在一定安全隱患。業(yè)界一般采用“極化”方案（即不斷嘗試使用新型的材料制作電極）來(lái)解決水鋰電的核心問(wèn)題——防止鋰離子和水在低電位發(fā)生反應(yīng)。但該方案只能使水鋰電所產(chǎn)生的電壓最多達(dá)2.0伏，且充放電效率低。
吳宇平教授則另辟蹊徑，用高分子材料和無(wú)機(jī)材料制成復(fù)合膜，包裹在金屬鋰外。這層復(fù)合膜幫助鋰離子的電位在正負(fù)極之間“時(shí)空穿越”——在它的作用下，質(zhì)子和水分子無(wú)法在低電位下得到電子，就不會(huì)在鋰離子遷移過(guò)程中產(chǎn)生損耗。吳教授打趣說(shuō)：“你可以把它看成一道‘任意門(mén)’，鋰離子的電位經(jīng)過(guò)膜，一下就到了負(fù)極，然后又直接從負(fù)極回到正極，就好像科幻片中，人跨過(guò)蟲(chóng)洞可以直接在地球和外太空之間往返。”正因此，課題小組把這一新發(fā)現(xiàn)稱(chēng)作“電位穿越”。
據(jù)介紹，該包裹復(fù)合膜的新型水鋰電可大幅降低電池成本，其能量密度比目前普遍采用的有機(jī)電解質(zhì)的動(dòng)力鋰離子電池高出80％，從而使電池充電時(shí)間更短，儲(chǔ)存電量更多，耐用時(shí)間更久。以電動(dòng)汽車(chē)為例，復(fù)旦新型水鋰電僅需10秒即可完成充電，且能跑上400公里，而其成本僅有傳統(tǒng)車(chē)用鋰電池的一半。目前，該項(xiàng)技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化僅“一步之遙”。
據(jù)悉，復(fù)旦大學(xué)自2005年起就一直在開(kāi)展水鋰電這一國(guó)際前沿領(lǐng)域的探索，至2007年，在科技部重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃和自然科學(xué)基金委的資助下，其研究成果和科研水平開(kāi)始居于世界先進(jìn)地位。
納米太陽(yáng)能電池有望打破能量轉(zhuǎn)化率瓶頸
據(jù)《自然光子學(xué)》雜志最新發(fā)表的一項(xiàng)研究稱(chēng)，納米線可吸收比普通太陽(yáng)光強(qiáng)度高14倍的太陽(yáng)光?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，未來(lái)納米線不僅在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，而且在量子計(jì)算機(jī)和其他電子產(chǎn)品中也有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯波爾研究院納米科學(xué)中心和瑞士洛桑理工學(xué)院的研究人員表示，由于納米線一些獨(dú)特的物理吸光性，使其突破了利用太陽(yáng)能的極限。尼爾斯波爾研究院的皮特﹒克羅格斯拉普（Peter Krogstrup）博士說(shuō)，此發(fā)現(xiàn)顯示了未來(lái)納米線太陽(yáng)能電池發(fā)展的巨大潛力。
近年來(lái)，科研人員一直在研究如何改善提高納米線晶體質(zhì)量。納米線晶體呈柱狀構(gòu)造，直徑為人頭發(fā)的萬(wàn)分之一。研究結(jié)果表明，納米線能夠在非常小的區(qū)域內(nèi)收集15倍的太陽(yáng)射線。由于納米線的直徑小于太陽(yáng)光的波長(zhǎng)，因此在納米線內(nèi)部和周?chē)芤鸸鈴?qiáng)度共振。
克羅格斯拉普博士解釋說(shuō)，共振能夠集中太陽(yáng)光，太陽(yáng)光又轉(zhuǎn)化為能量，這樣太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率大大提高。此外，有瑞典科學(xué)家也表示，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的大量電力也使得太陽(yáng)光吸收進(jìn)入納米線。
克羅格斯拉普稱(chēng)，多年來(lái)一直被視為太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率瓶頸的肖克利-奎伊瑟極限（SQ極限）看來(lái)有可能突破。盡管目前的研究結(jié)果只提高了幾個(gè)百分點(diǎn)，但是這對(duì)發(fā)展太陽(yáng)能電池、開(kāi)發(fā)納米太陽(yáng)能射線以及全球能源開(kāi)發(fā)將會(huì)產(chǎn)生重要影響，只是納米線太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。
所謂的肖克利？奎伊瑟效率極限測(cè)量約為33.5％，就是單個(gè)p-n結(jié)太陽(yáng)能電池。這意味著，如果太陽(yáng)能電池每平方米太陽(yáng)能可收集1000瓦，那么，它能產(chǎn)生的最大電力為每平方米335瓦左右。
本次研究合作單位包括半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)室、洛桑理工學(xué)院、丹麥太陽(yáng)能電池公司SunFlake A/S公司和基金會(huì)，研究?jī)?nèi)容和結(jié)果發(fā)表在1月份的《科學(xué)》雜志上。
位于硅基片之上的納米線吸收太陽(yáng)射線。納米線極有可能成為未來(lái)太陽(yáng)能電池的發(fā)展主流。（自哥本哈根大學(xué)尼爾斯波爾研究所）
左圖為硅底質(zhì)上GaAs納米線晶體的掃描電子顯微鏡圖；中間為透射式電子顯微鏡下的單個(gè)納米線；右圖是在掃描透射電子顯微鏡下放大的晶體結(jié)構(gòu)。（自哥本哈根大學(xué)尼爾斯波爾研究所）
技術(shù)突破進(jìn)入新階段：“塑料”太陽(yáng)能電池
瑞士電子與微技術(shù)中心（CSEM）巴西公司日前宣布，他們?cè)凇八芰稀碧?yáng)能電池研究上獲得突破，以有機(jī)聚合體替代單晶硅制造太陽(yáng)能電池的技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)開(kāi)發(fā)階段。受此推動(dòng)，可發(fā)生光電效應(yīng)的有機(jī)聚合體薄膜產(chǎn)業(yè)將面臨大發(fā)展。盡管?chē)?guó)內(nèi)上市公司尚未涉及 該產(chǎn)業(yè)，但太陽(yáng)能電池背板膜的需求會(huì)受到帶動(dòng)。
塑料太陽(yáng)能電池研究獲得突破
瑞士電子與微技術(shù)中心（CSEM）巴西公司日前宣布，他們?cè)凇八芰稀碧?yáng)能電池研究上獲得突破，以有機(jī)聚合體替代單晶硅制造太陽(yáng)能電池的技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)開(kāi)發(fā)階段。
所謂“塑料”太陽(yáng)能電池，就是將可發(fā)生光電效應(yīng)的有機(jī)聚合體薄膜，印在碳基板上并連接成為電池組。與傳統(tǒng)單晶硅太陽(yáng)能電池相比，“塑料”太陽(yáng)能電池具有輕巧、廉價(jià)的顯著特點(diǎn)，并且生產(chǎn)過(guò)程中污染較小。
據(jù)“美洲大地”網(wǎng)站報(bào)道，雖然歐美國(guó)家已開(kāi)發(fā)出類(lèi)似技術(shù)，但發(fā)電功率小，只適用于給手機(jī)等小型電器供電。CSEM巴西公司技術(shù)人員表示，他們的新技術(shù)可制造較大面積的“塑料”太陽(yáng)能電池板，以滿足普通家庭用電需求。如果在建筑頂棚等開(kāi)闊空間安裝這種太陽(yáng)能電池板，發(fā)電規(guī)模將非常可觀。
CSEM巴西公司稱(chēng)，“塑料”太陽(yáng)能電池的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池，因而已投入到商業(yè)開(kāi)發(fā)階段，同時(shí)希望引進(jìn)私人企業(yè)的參與和投資。
5-10年內(nèi)有望大規(guī)模商用
據(jù)報(bào)道，英國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究或能加速塑料太陽(yáng)能電池的應(yīng)用步伐，使其在5到10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用。這種太陽(yáng)能電池以可循環(huán)使用的塑料薄膜為原料，能通過(guò)“卷對(duì)卷印刷”技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)，其成本低廉、環(huán)保，可大規(guī)模應(yīng)用。有專(zhuān)家認(rèn)為，這或?qū)?duì)傳統(tǒng)晶硅類(lèi)太陽(yáng)能電池造成沖擊。
由英國(guó)謝菲爾德大學(xué)和劍橋大學(xué)的研究人員進(jìn)行的這項(xiàng)研究，借助英國(guó)盧瑟福阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室的ISIS中子源和“鉆石光源”對(duì)塑料太陽(yáng)能電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，并以此為依據(jù)對(duì)相關(guān)工藝作出改進(jìn)，提高了太陽(yáng)能電池的整體性能。
新方法并未采用昂貴的技術(shù)來(lái)制造特定的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)批量印制工藝，用兩種不同的感光物質(zhì)在塑料薄膜上“印”上了一層厚度只有60納米的電路結(jié)構(gòu)。整個(gè)制造過(guò)程都在較低的溫度下進(jìn)行，可采用“卷對(duì)卷印刷”技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)，且該工藝在總體上可顯著降低能耗和材料浪費(fèi)。
此外，與傳統(tǒng)晶硅類(lèi)太陽(yáng)能電池切割封裝工藝相比，新技術(shù)的生產(chǎn)效率更高，一次印刷就可生產(chǎn)出幾個(gè)足球場(chǎng)大小的太陽(yáng)能電池，而且大規(guī)模生產(chǎn)的成本也將遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)晶硅類(lèi)太陽(yáng)能電池。在使用上，這種太陽(yáng)能電池重量輕、易運(yùn)輸、可卷曲，在安裝時(shí)甚至可以直接附著在建筑物表面而不占用額外空間。研究人員稱(chēng)，這種聚合物太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率目前可以達(dá)到7%-8%，下一步有望提高到10%以上。
謝菲爾德大學(xué)教授理查德。瓊斯說(shuō)，今后50年，傳統(tǒng)化石能源將無(wú)法滿足世界日漸增長(zhǎng)的能源需求，目前來(lái)看，在可再生能源中最有希望取代化石能源的就是太陽(yáng)能，但成本高、轉(zhuǎn)化率低一直限制著太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用。新技術(shù)讓太陽(yáng)能電池的低成本生產(chǎn)和大規(guī)模鋪設(shè)成為了現(xiàn)實(shí)，為新型太陽(yáng)能電池的制造和可再生能源的發(fā)展鋪平了道路。瓊斯預(yù)測(cè)，在未來(lái)5到10年，基于塑料等有機(jī)材料的太陽(yáng)能電池制造技術(shù)將走向成熟，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。
污水尿液能發(fā)電 微生物燃料電池技術(shù)獲突破
微生物燃料電池并不是一個(gè)新概念。早在1910年，英國(guó)植物學(xué)家馬克·比特首次發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流，他用鉑作為電極成功制造出了世界第一塊微生物燃料電池。最近，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)環(huán)境工程系教授Bruce Logan的研究組嘗試開(kāi)發(fā)微生物燃料電池，試圖將未經(jīng)處理的污水轉(zhuǎn)變成干凈的水，同時(shí)發(fā)電。該項(xiàng)技術(shù)未來(lái)還可能實(shí)現(xiàn)海水淡化。
科技的發(fā)展能令許多塵封的夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。一塊看上去如此“微小”的電池，究竟隱含了怎樣“巨大”的能量？
污水中蘊(yùn)含電能價(jià)值
目前，污水處理費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢(qián)，還消耗大量能量，基本是個(gè)隻投入不產(chǎn)出的行業(yè)，成為各國(guó)政府頭疼的一大難題。有數(shù)據(jù)稱(chēng)，5%的電力消費(fèi)被用于污水處理。因此，又能凈化水質(zhì)、又能發(fā)電的微生物燃料電池一旦出現(xiàn)，將有望把污水處理變成一個(gè)有利可圖的產(chǎn)業(yè)。Bruce Logan教授認(rèn)為，未來(lái)污水處理廠通過(guò)使用微生物燃料電池不僅可以滿足自身用電，還能向外輸電。
雖然目前還沒(méi)有商業(yè)產(chǎn)品問(wèn)世，但多倫多大學(xué)的科學(xué)家戴維·伯格雷曾估計(jì)，污水中潛在的電能價(jià)值是其處理成本的10倍。Bruce Logan教授則認(rèn)為，隻要能利用潛在電能的1/20，污水處理廠就可以解決污水處理成本。不過(guò)他估計(jì)，微生物燃料電池實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用還需5~10年。在現(xiàn)階段，突破工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題仍然是如何繼續(xù)降低成本、提高電池性?xún)r(jià)比。
據(jù)悉，在早期的研究中，Bruce Logan所在的研究小組使用了大量昂貴的材料，如昂貴的石墨電極、聚合物以及鉑等貴金屬。但其最新的電池系統(tǒng)已經(jīng)使用了更便宜并且更環(huán)保的材料?！拔覀儸F(xiàn)在已經(jīng)可以不用任何貴金屬了?！盉ruce Logan教授說(shuō)。
尚處于實(shí)驗(yàn)室階段 但應(yīng)用前景廣闊
中國(guó)科學(xué)院廣州能源所研究員孔曉英在接受采訪時(shí)表示，微生物燃料電池目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。但經(jīng)過(guò)科研工作者的不懈努力，它在各個(gè)方面都取得了顯著突破。
微生物燃料電池的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，塬料已由簡(jiǎn)單的葡萄糖、乙酸發(fā)展到各種廢水、農(nóng)業(yè)和畜牧廢棄物、城市生活有機(jī)垃圾、海水河水沉積物等復(fù)雜的材料。在功能上，也由單純的產(chǎn)電拓展到處理廢水、輔助產(chǎn)氫、海水淡化、土壤修復(fù)及CO2的捕獲等。“微生物燃料電池有很多不同的‘模樣’，從兩室到陰極和質(zhì)子膜壓合在一起的單室，從有膜到無(wú)膜，從電池單體到電池組，小到紐扣電池，大到大型柱狀電池，無(wú)不體現(xiàn)了科研人員豐富的想象力及創(chuàng)造力?！笨桌蠋熣f(shuō)。
據(jù)孔老師介紹，微生物燃料電池與其他電池相比，具有燃料來(lái)源多樣化、操作條件溫和、無(wú)需能量輸入、能量利用的高效性、生物相容性等獨(dú)有特點(diǎn)。但是與化學(xué)燃料電池相比，微生物燃料電池的功率輸出大約低4個(gè)數(shù)量級(jí)。
“雖然微生物燃料電池在電能輸出方面沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但是在很多方面有很好的應(yīng)用前景，可以發(fā)展為廉價(jià)、長(zhǎng)效的電能系統(tǒng)。將廢水中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成電能，能為邊遠(yuǎn)地區(qū)或無(wú)人的地方提供微能源，修復(fù)土壤，淡化鹽水，協(xié)助產(chǎn)氫，它還可以成為新型的人體起搏器、生物傳感器等?！笨桌蠋熣f(shuō)，“然而，如何集成各方面的優(yōu)勢(shì)技術(shù)，使微生物燃料電池得到廣泛應(yīng)用是亟待解決的問(wèn)題。另外，利用復(fù)雜有機(jī)物產(chǎn)電的機(jī)制、微生物群落代謝網(wǎng)絡(luò)等問(wèn)題仍需深入研究?！?/p>
優(yōu)勢(shì)：將有機(jī)物“變廢為寶”
英國(guó)布裡斯托爾機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的研究人員克裡斯·梅爾赫什表示，從理論上來(lái)說(shuō)，隻需要找到合適的微生物，微生物燃料電池可由任何有機(jī)物質(zhì)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
孔老師對(duì)此觀點(diǎn)表示認(rèn)同?！啊线m’的微生物要滿足兩個(gè)條件：一是能夠很好地利用塬料﹔二是將代謝塬料產(chǎn)生的電子傳遞到電池電極上?！笨桌蠋熍e例說(shuō)，例如想利用富含纖維素的廢紙、木頭、玉米葉、玉米稈等制作微生物燃料電池，首先要找到纖維素降解微生物。牛的胃液是不錯(cuò)的選擇，可從活奶牛胃裡獲取瘤胃胃液，通過(guò)置入到奶牛瘤胃上的套管提取胃液，然后將含纖維素的塬料及含纖維素降解微生物的胃液混合后加入到燃料電池裝置中，經(jīng)過(guò)反復(fù)“馴化”，使微生物適應(yīng)電極的電子傳遞，就可能得到一種利用廢棄有機(jī)質(zhì)的微生物燃料電池。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)就是利用奶牛胃液制作了降解纖維素的燃料電池。
孔老師告訴記者，微生物燃料電池的塬料很廣泛，不同類(lèi)型的電池塬料也不同，如處理廢水的微生物燃料電池的主要塬料就是廢水，土壤修復(fù)的微生物燃料電池塬料是土壤。
那些新奇的微生物“發(fā)電”新技術(shù)
可以說(shuō)，幾乎任何類(lèi)型的有機(jī)廢物材料都可作為微生物燃料電池的產(chǎn)電塬料，如麥草秸稈、動(dòng)物糞便以及葡萄酒、啤酒或奶制品行業(yè)的廢水等。但不管什么類(lèi)型的微生物燃料電池，所採(cǎi)用的塬料本質(zhì)上都是糖類(lèi)、醇類(lèi)、蛋白質(zhì)等有機(jī)物。
專(zhuān)家評(píng)析：
利用尿液或者乳清來(lái)制造微生物燃料電池在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行基礎(chǔ)研究是可行的，以上兩個(gè)發(fā)現(xiàn)都是在特定的條件下實(shí)現(xiàn)的。在尿液制作微生物燃料電池的實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用了無(wú)疾病人員正常代謝產(chǎn)生的尿液作為培養(yǎng)液，對(duì)來(lái)自污水處理廠的活性污泥進(jìn)行“馴化”，以此構(gòu)建的微生物燃料電池得到了極小的電能。由于微生物在低濃度的情況下對(duì)有機(jī)塬料是可以正常啟動(dòng)的，但在高濃度下，則要進(jìn)行稀釋。同時(shí)，如果在實(shí)際運(yùn)行中找到合適的產(chǎn)電微生物及高效的電池配置，也能廣泛地利用各種成分的尿液或乳清，并提高電能。
“血糖發(fā)電”：日本東北大學(xué)開(kāi)發(fā)出了一種利用血液中的糖分發(fā)電的燃料電池。這樣的生物電池可為植入糖尿病患者體內(nèi)的測(cè)定血糖值的裝置提供充足的電量，為心臟起搏器提供能量。
“尿液發(fā)電”：為處理密閉的宇宙飛船裡宇航員排出的尿液，美國(guó)宇航局設(shè)計(jì)了一種巧妙的方案：用微生物中的芽孢桿菌來(lái)處理尿液，它會(huì)產(chǎn)生氨氣，以氨氣作為微生物電池的電極活性物質(zhì)，這樣既處理了尿液，又得到了電能。一般在航天條件下，每人每天排出22克尿，能得到47瓦電力。
“乳清發(fā)電”：希臘研究人員研發(fā)出了以乳清為塬料的微生物燃料電池。研究人員表示，乳清是制造奶酪的副產(chǎn)品，該研究可讓工廠從乳清等有機(jī)廢物中回收能源。乳清富含乳糖，微生物燃料電池中的微生物通過(guò)消耗乳糖來(lái)產(chǎn)生電流。這種新型燃料電池雖然最近幾年才走進(jìn)大眾的視野，但它正在吸引越來(lái)越多人的關(guān)注，人們希望它在處理廢物的同時(shí)產(chǎn)生電力。
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