電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
技術新動向微生物細菌驅動的電池！
美國麻省理工學院科學家安吉拉-貝爾切爾教授將無害的大腸桿菌M13噬菌體與金屬鈷混合在一起涂于沖壓硅膜之上，從而制造出一種柔軟的微型電池。而且這種電池適合大規模加工，又不需要太多的資金投入。從理論上講，這種技術其實可以將任何表面轉化為能源存儲設備，使用于大型的計算機以及微型的癌癥或心臟病測試器。貝爾切爾解析說，“利用沖壓技術制造電池是一種非常特別的想法。我們可以將電池做到非常小，可以為各種微型傳感器提供電源。”早在2006年，貝爾切爾和他的搭檔們就已經制造出第一個細菌電池。此后，科學家們一直在不斷改進這種電池，希望能夠制造出其他的能量存儲設備，將電能存儲于織物或容器中。
美國科學家們目前最新的研究成果，就是通過沖壓一種基本材料(如硅)，使得負極的M13噬菌體和正極的金屬鈷能夠依據他們相應的電極和沖壓模式分別自動匯集。這意味著這種電池的造價會更低廉，電池效能更高。如果使用硅作為基本材料，甚至還可以加工出柔軟的、可彎曲變形的電池。貝爾切爾說，這種基于細菌的電池的電量約莫相當于傳統生物電池的兩倍。而且，這種電池非常的小，直徑僅約4微米。加工一節M13電池只需要約莫一個小時。當然，僅僅一節小電池并不能容納太多的能量。但是，多個小電池包成電池包，可以真正在實現電力供應。貝爾切爾曾經制造出一個鈕扣大小的M13電池，并將其用于激光指示器中。經過多次充電，目前依然在持續使用。貝爾切爾認為，細菌電池都應當是可充電的，應當比傳統電池更環保。
安吉拉-貝爾切爾教授解釋說，在自然界中，這種細菌會向富含鐵元素的沉積物釋放出多余的電子，但自然界中這種沉積物不多，因此這種細菌中的電子含量總是很飽滿，它需要一個可以釋放電子的途徑。如果把電極放在這種含鐵的沉積物中，并把它連成一個圈，細菌就可以釋放電量。就這樣，世界上最獨特的“電源”萌生了。細菌電池需要在室溫下組裝，非得保持相對中性的pH值，盡量少用某些較為麻煩的金屬，如鋰或鈷。在使用方面，貝爾切爾認為，由于細菌電池很小，初期一般將使用于小型用電設備，如芯片試驗室、醫療植入設備等。“該項技術可能最大的使用將是醫療監測，用于檢查心血管病和癌癥等疾病。”從理論上講，由M13電池提供電源的小型皮下植入設備可以測試到由癌細胞萌生的蛋白質。
科學家們為細菌發電這種新型的供電方式構思了廣闊的前景。他們設想制造一種機器能夠尋找并吃掉有機物來萌生電流。基因測序的先行者克雷格-溫特認為，微生物供電的辦法甚至可以減低對產油國的依靠。美國國家科學基金會的帕特立克-布爾勞尼克說：“細菌發電這種模式雖然還處于初級研究階段，但它具有廣闊的前景。”為了證明這種供電方式的潛能，科學家們還設計了用細菌細胞為掛件玩具和其他裝置供電。這一試驗具有緊要的實際意義。往日科學家們認為細菌惟有靠著電極才可以發電，而這些長在細菌細胞外的細絲卻說明細菌可以遠距離發電。這樣，成千上萬個細菌就可以同時向一個電極發電，萌生10倍甚至15倍于原來設想的電量。
生物學家預言，21世紀將是細菌發電造福人類的時代。細菌發電可以追溯到1910年，英國植物學家利用鉑作為電極放進大腸桿菌的培養液里，成功地制造出世界上第一個細菌電池。1984年，美國科學家設計出一種太空飛船使用的細菌電池，其電極的活性物質是宇航員的尿液和活細菌。不過，那時的細菌電池放電效率較低。到了20世紀80年代末，細菌發電才有了重大沖破，英國化學家讓細菌在電池包里分析分子，以釋放電子向陽極運動萌生電能。■
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