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苔藓居然也能发电:一位西班牙学生发明了生物太阳能电池
发布时间: 2017/1/14 12:33:57

尽管光能转电能的概念十分有价值,但目前的光伏系统仍存在许多问题。举例来说,其生产、加工过程产生的有毒副产品就导致了许多长期问题。此外,其在光照不足区域(北部地区)的运作效率十分低下。但如果光伏系统以生物为介质,那么上述问题都将得到一定程度的解决。


生物光伏(BPV)是一项旨在将自然的光合作用应用于太阳能发电的新兴技术。相比于硅制成的太阳能电池,使用生物材料制成的太阳能电池来捕获光能更具优势,其生产成本更低,且具有自我修复、自我复制和可生物降解的功能,更加可持续。这种电池的制造过程是对环境无害的,此外,它还适用于光照直射不足的地方。

日前,西班牙加泰罗尼亚高级建筑学院的学生ElenaMitrofanova在其论文中提出一项以苔藓为介质的光伏发电系统,直观看来,是一组种植苔藓的立面中空模块化墙砖。


立面的苔藓光伏发电系统

在光合作用过程中,植物利用光能把周边环境中的二氧化碳和水转化为有机化合物。“(苔藓)释放的有机化合物进入含有共生菌的土壤,细菌为生存对有机化合物进行分解,这一过程就产生了含有电子的副产品。”Mitrofanova说,“只需为这些微生物产生的电子提供一个电极,这些电子就能被收集且发电。”


其他种类的植物和藻类同样适用于该发电系统,但唯独苔藓成为该系统的首选是由于其独特的属性。众所周知,苔藓是城市区域较为常见的一种植物,道路、墙壁、屋顶和树木的缝隙都能发现它的身影。因此,该发电系统在城市区域内推行的阻力较低。此外,苔藓优于其他高等植物的原因还包括重量负荷轻、吸水率高、无肥料需求、抗旱能力强和低维护成本。


一个苔藓发电单位就是一个完整的生物电运行系统,由阳极生物材料(苔藓)、阳极、阴极、阴极催化剂、允许正电荷(主要是质子)从阳极生物材料向阴极转移的“盐桥”组成。阳极即水凝胶和导电碳纤维组成的无土基质,水凝胶是一种可吸收其自身重量400倍的水分的聚合物,能与苔藓湿度互补。发电系统中物质均不会破坏苔藓的代谢运动。


苔藓光伏发电系统的制造材料

除此之外,一个苔藓发电单位面积为100×100毫米,一单位的发电量为0.35伏特。混合炭纤维和水凝胶的阳极(切得既小又薄)在的立方体中,有一层碳织物以及被苔藓掩盖的混合物。该发电系统还配有一个监测装置,内设传感器,每5秒自动检测内部环境的勒克斯(光照单位)、湿度、温度和电压等指数,并即时保存数据。


将苔藓电池设计成具有伸缩性的系统,可应用于城市地区是Mitrofanova的目标之一。苔藓光伏电池的组织形式有并联和串联电路两种,可安装在建筑物的外墙。


模块化墙砖除了扮演容器的角色,其本身还为苔藓形成了一个保护层,使其免受阳光的直接照射,形成利于其生长的湿润微气候。仅有墙砖内部的底部为防水而上釉,其他部分都是没有涂层的多孔粘土。粘土的吸水性很好,该系统可被动地接收雨水,而其中的水凝胶则可长期保存水分。


模块化墙砖

目前为止,该苔藓发电系统的发电量还十分有限,16个模组仅能产生3瓦特的电力。虽然发电量十分有限,但仍能为一些小型电器供能,例如电脑、手机和LED照明系统等等。Mitrofanova坚信,未来科技具有实现较低能量需求和更高效率的可能,苔藓光伏电池终有一天将成为人类的可行选择。


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