 树叶发电 |
科学家们尚未找到可以人工进行光合作用的方法，但美国电力工程师们已经发现一种让人造树叶发电的方法——让树叶“流汗”。
天然的树木会利用蒸腾作用将水分从根部输送到顶端的枝叶，而叶片中蕴含的水分在这个过程中不断蒸发流失。新的人造树叶效仿了这一机制，也通过蒸发作用不断丧失水分，从而形成机械水泵效应进行发电。
美国加州大学伯克利分校的迈克尔·马哈比兹（Michel Maharbiz） 同密歇根大学的鲁巴·波诺（Ruba Borno）以及麻省理工学院的乔·施坦梅尔（Joe Steinmeyer）在《应用物理学快报》上共同发表论文称，他们用玻璃晶片制造出的“叶片”也有类似于树叶脉络的枝状网络。
这些细小管网中注满了水，延伸向“叶片”边缘的分支管道较为狭小，并且两端均不封闭，以便让水蒸发，这样水流就会以1.5厘米/秒的速度从“叶片”的主脉注入支脉。
研究人员给主脉的外管壁镀上金属层，并将之与一个电路连接。通电的金属板与主脉中的水形成了一个类似“三明治”的结构——两个导电层被一个绝缘层隔开——从效果上来说，这就相当于一个电容器。
利用气泡周期性地中断叶片的水流，这个人造叶片就变身成为一个电源。由于空气和水的导电性能不同，每次气泡通过时，该装置的电容就会发生变化，从而产生一小股电流。电流可经一个外部电路输出到储能电容器。
“我们利用液体流动中（产生）的这种机械能来改变电容，增加电容器的能量。” 马哈比兹说。
每个气泡可以增加大约2到5微伏的输出电压，该发电装置每立方厘米的功率密度约为2毫瓦。“我想，（经过改进），我们能够很容易达到每立方厘米数百毫瓦。”他说。
这不过是燃料电池或者电池等能量系统的功率密度的一小部分，但对于一个能量采集系统来说，这是一个相当大的数字，马哈比兹说。
这个叶片发电装置可扩大规模，用来生产人造树木，只要所处环境存在湿度的循环变化，就能完全依靠蒸腾作用发电。尽管其输出电量还不足以同太阳能技术竞争，马哈比兹认为，它可以作为一项补充技术——阳光产生的太阳能也能够加剧蒸腾作用，从而增大发电量。
康奈尔大学的亚伯拉罕·斯特鲁克（Abraham Stroock）认为，这是首次尝试利用蒸腾作用驱动液体流动来发电。不过他指出，一家名为Voltree的美国企业曾经借助土壤和真正的树木根部之间的pH值差异，成功地生成了少量电能。
“这项新研究中的一个挑战就是，要利用气泡在电容器中产生电流。” 斯特鲁克说。气泡通过的距离过长，就会阻止蒸腾作用发生，因为它们破坏了张力。
马哈比兹说，他可以用固态绝缘体取代气泡来避免这个问题，当水流经过时，这些绝缘体会旋转起来，如同一架水车，从而产生电容差值，以满足发电需要。
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