2022-06-20
英國研究人員使用一種廣泛存在的藍綠藻為微處理器持續供電了一年，過程中只使用環境光和水。該系統具有以可靠和可再生方式為小型設備供電的潛力。該研究近日發表在《能源與環境科學》雜志上。
該系統的大小與AA電池相當，包含一種稱為集胞藻的無毒藻類，可通過光合作用自然地從太陽中獲取能量，其產生的微小電流與鋁電極相互作用并用于為微處理器供電。
該系統由普通、廉價且大部分可回收的材料制成。這意味著它可以很容易地被復制數十萬次，作為物聯網的一部分為大量小型設備供電。研究人員表示，它在處于離網情況下或在偏遠地區為有用，在這些地方少量電力就可能產生很大益處。
該論文的聯合高級作者、英國劍橋大學生物化學系克里斯多福· 豪教授說：“不斷增長的物聯網需要越來越多的電力，我們認為這必須來自能夠產生能量的系統，而不是像電池一樣簡單地儲存能量。”而且這個光合設備不會像電池那樣耗盡電量，因為它不斷地使用光作為能源。
在實驗中，該設備被證實可廣泛用于為物聯網設備的微處理器供電。物聯網是一個龐大且不斷增長的電子設備網絡，每個設備只使用少量電力，通過互聯網收集和共享實時數據。使用低成本的計算機芯片和無線網絡，數十億臺設備成為該網絡的一部分，從智能手表到發電站的溫度傳感器。到2035年，這一數字預計將增長到一萬億臺設備，需要大量的便攜式能源。
研究人員還解釋了該設備可在自然光和相關溫度波動下的家庭環境或半戶外條件下運行的原因。藻類不需要喂食，它在光合作用時會產生自己的食物，盡管光合作用需要光，但該設備甚至可在黑暗環境中繼續發電，這是因為藻類在沒有光的情況下會繼續處理一些食物，而這會持續產生電流。
【總編輯圈點】
物聯網供電的復雜性，其實遠超人們想象。現有的解決方案很多不再適用：首先使用鋰離子電池為數以萬億計的物聯網設備供電已被認為不切實際，因為它需要的鋰是全球每年生產量的3倍；其次傳統光伏設備在制造材料上還有值得商榷的問題；再者物聯網用電可能既要有非常寬的輸入范圍，又要保持很高的效率不能讓系統過熱。在這種情況下，科學家將目光投向了藻類光伏電池，其未必會成為主流方案，但它為長久使用中大限度地提高性能，同時又將損耗小化帶來更多選擇。
首先，鋰，原子序數為3，原子量為6.941，是一種非常輕的堿金屬原料。為了提高安全性和電壓，科學家們發明了使用石墨和鈷酸鋰來儲存鋰原子。這些數據的分子結構形成了納米級的精細存儲網格，可用于存儲鋰原子。這樣，即使電池外殼破裂，氧氣進入，它也會太大，因為氧氣分子無法進入這些細微的存儲隔間，這樣鋰原子就不會接觸到氧氣，從而避免爆炸。蓄電池采取的保護措施鋰電池芯充電到4.2V的電壓后，就會開始產生副作用。
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