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特拉維夫大學的研究顯示,水分子和金屬相互作用產生的電能可以轉化為一種能源。
目前再生能源,包括風能、太陽能、水力發電大壩、地熱和生物質能,已經引起了科學家和政府的關注,因為它們在對抗氣候變化方面具有巨大的潛力。特拉維夫大學一項新的研究發現,大氣中的水蒸氣可能在未來成為一種潛在的可再生能源。
這項研究由TAU環境與地球科學波特學院的Colin Price教授、Hadas Saaroni教授和博士生Judi Lax,他們發現電在水分子與金屬表面的相互作用中得以實現。該研究發表在2020年5月6日的《自然科學報告》上。
普萊斯教授解釋說:「我們試圖利用一種自然現象:水發電」。雷暴中的電因不同階段的水產生——水蒸氣、水滴和冰。20分鐘的雲層發展是我們從水滴到巨大的放電——閃電——大約半英裡長」。
研究人員在先前發現的基礎上,開始嘗試生產一種只利用空氣溼度的微型低壓電池。例如,在19世紀,英國物理學家麥可法拉第(Michael Faraday)發現,由於水滴與金屬表面的摩擦,水滴可能對金屬表面產生電荷。最近的一項研究表明,某些金屬在潮溼環境中會自發地積累電荷。
科學家們進行了一項實驗室實驗,以確定兩種不同金屬接觸高相對溼度時的電壓,而其中一種金屬接地時的電壓。「我們發現,當空氣乾燥時,它們之間沒有電壓,」普賴斯教授解釋說。但當相對溼度上升到60%以上時,兩個隔離的金屬表面之間就會產生電壓。當我們把溼度降低到60%以下時,電壓就消失了。當我們在室外的自然條件下進行實驗時,我們看到了同樣的結果。
「水是一種非常特殊的分子。在分子碰撞過程中,它可以將電荷從一個分子轉移到另一個分子。通過摩擦,它可以產生一種靜電。「我們試圖在實驗室中重現電流,發現不同的隔離金屬表面會從大氣中的水蒸氣中積累不同數量的電荷,但只有在空氣相對溼度高於60%的情況下才會如此。在以色列,夏天幾乎每天都會發生這種情況,在大多數熱帶國家也是如此」。
普萊斯教授認為,這項研究挑戰了關於溼度及其作為能源潛力的既定觀念。「人們知道乾燥的空氣會產生靜電,當你觸摸金屬門把手時,有時會受到『電擊』。水通常被認為是電的良導體,而不是能在表面積聚電荷的東西。然而,一旦相對溼度超過某一臨界值,情況似乎就不同了。
然而,研究人員表明,潮溼的空氣可能是一個充電錶面電壓約1伏的來源。普萊斯教授補充說:「如果AA電池的電壓為1.5V,那麼在未來可能會有一個實際應用:開發出可以從空氣中的水蒸氣中充電的電池」。
普賴斯教授總結說:「作為發展中國家的可再生能源,這一結果可能特別重要,因為在發展中國家,許多社區仍然無法獲得電力,但溼度始終保持在60%左右」。