[科普中國]-土豆發(fā)電

土豆發(fā)電即主要利用土豆和金屬制造的電極制成的電池進(jìn)行供電。Yissum研究開發(fā)公司2010年推出了一款基于土豆涂層的固體有機電池。這款簡易的、可持續(xù)的和強大的設(shè)備能夠為全球很多電力供應(yīng)不足的國家?guī)砑磿r的、價格低廉的電力解決方案。

產(chǎn)生背景1780年，路易吉?伽伐尼發(fā)現(xiàn)了這一機制，他將兩片金屬連接到青蛙的腿上，導(dǎo)致青蛙的肌肉抽搐。這種“動物電”也可以在動物體外被復(fù)制，你可以在兩塊金屬極之間放上許多其他物質(zhì)，獲得同樣的效果。

路易吉?伽伐尼同時代的亞歷山德羅?伏打用的是浸鹽水的紙。還有人曾制作出“泥土電池”，利用兩個金屬片和一堆土，或許還得加上一桶水。

過去，拉賓諾維茨及其同事一直在推動“土豆電源”的構(gòu)想，試圖用此來使人們放棄使用電網(wǎng)的能源。利用簡單廉價的金屬片、電線和LED燈泡，就可以為世界各地偏遠(yuǎn)的小鎮(zhèn)和村莊提供照明。

他們發(fā)現(xiàn)了一種能讓土豆發(fā)電的簡單卻又十分聰明的方法。來自耶路撒冷希伯來大學(xué)的拉賓諾維茨表示，一顆土豆就足夠為一個房間的LED燈泡提供40天的電能。

拉賓諾維茨表示，這是種低能電池，但已經(jīng)足夠打造一塊能給手機或筆記本充電的電池，特別是在那些沒有電網(wǎng)覆蓋，沒有電能連接的地方。與發(fā)展中國家使用的煤油燈相比，土豆電池的成本也便宜了差不多1/61。

技術(shù)原理土豆電池的工作原理主要是需要兩塊金屬，一塊作為陽極，是電勢低的電極，如鋅；另一塊作為陰極，是帶正電荷的電極，如金屬銅。土豆內(nèi)部的酸性物質(zhì)會與鋅和銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)電子從一端流向另一端時，電能就釋放。金屬鋅的化學(xué)性質(zhì)比銅活潑，當(dāng)這兩種金屬同時處在酸液中時，鋅就會失去電子，這些失去的電子沿著導(dǎo)線傳到銅片上，形成電流。

離子方程式：

Zn失去電子變成Zn2+，故在鋅片上發(fā)生的反應(yīng)為：

Zn - 2e- — Zn2+（氧化反應(yīng)）

溶液中的H+在銅片上得到電子變成 H2，故在銅片上發(fā)生的反應(yīng)為：

2H+ + 2e- — H2（還原反應(yīng)）

組成結(jié)構(gòu)土豆發(fā)電的組成,這種綠色高效能的電池由鋅、銅電極和煮熟的土豆片制成的。土豆提供反應(yīng)所需要的酸, 這使得電子從銅到鋅的運動能夠進(jìn)行，作為電池兩極的銅和鋅分別來自銅釘和鍍鋅釘。每個土豆能產(chǎn)生大約0.5伏特的電壓，電流0.2毫安左右。

馬鈴薯在煮熟后會在表面產(chǎn)生一個涂層，這個涂層是土豆電池的關(guān)鍵，因為希伯來大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，提高土豆塊涂層就增強了鹽橋能力，因此有馬鈴薯涂層的電池產(chǎn)生的電能是無馬鈴薯涂層電池的十倍。也就是說，土豆煮熟后發(fā)電能力比煮熟前提高10倍左右，從而延長供電時間至數(shù)日甚至數(shù)周。

應(yīng)用領(lǐng)域這款綠色電池來源于耶路撒冷希伯來大學(xué)的相關(guān)技術(shù)開發(fā)，后能夠通過多種方法產(chǎn)生電力。利用土豆產(chǎn)生的電能可支持照明、通信和信息傳輸?shù)氖褂?。而且價格低廉、簡易使用，可以改善近16億欠缺基礎(chǔ)電力設(shè)施的人民生活。 成本分析顯示，新的電池比現(xiàn)有的商業(yè)電池如1.5 Volt D電池和Energizer E91電池便宜5到50倍1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張尉 - 副教授 - 西南大學(xué)