有机会与铁锈和平共处?科学家发现盐水流经铁锈竟能发电

有些电力来源,可能来自于意想不到的组合,像是海底斑驳生锈的沉船、海上氧化的铁桥柱,这些平常令人头痛的铁锈问题,其实大有用处,最近美国加州理工学院与西北大学科学团队发现,当盐水流过铁锈薄膜时,就会产生微量电流,在未来说不定会变成新型的永续发电来源。

盐类是金属离子、酸根或非金属离子所组成的化合物,氯化钠、硫酸钙、碳酸钠等都包含在内,而它做为常见的电解质,已经是科学实验室的常客,科学家先前就透过盐类研发过盐水灯、液流电池、盐水电池、钠离子电池、盐差能发电系统等各种设备。

有机会与铁锈和平共处?科学家发现盐水流经铁锈竟能发电

但新系统的运作模式并不属于化学反应,跟上述的金属化合物与盐的相互作用不一样,盐水流过生锈物质会发电是因为动电效应(electrokinetic effect),盐水中的离子会吸引铁锈中的电子,当盐水和盐离子流经生锈表面时,引力就会扯动铁电子并产生电流。

过去科学家在进行石墨烯(Graphene)研究时,其实就有观察到动电效应,而且动能转电能的效率还颇高,高达30%,相较之下,太阳能的转换效率就只有20% 左右,只可惜石墨烯贵为碳原子界的材料之王,难以制造且成本高昂,不太容易放大尺寸、拿来发电。

要让铁生锈非常容易,若要开发盐水锈铁发电技术,只要打造一大片铁板,最后再让表面生锈即可,不过在实验中,加州理工学院与西北大学团队还是先让铁板均匀生锈。他们首先透过镀膜、半导体中常见的物理气相沉积(PVD)技术,将铁氧化物蒸气在表面凝结成10nm 厚的薄膜,最后再用不同浓度的盐水进行测试。

实验结果表示,每平方公分的铁锈可以产生几十毫伏跟几微安的电流,扩大尺寸将能进一步提高发电量。加州理工学院化学教授Tom Miller 表示,团队预估,每10 平方公尺每小时将能产生几KW 的电力,这对电力需求较低的偏乡地区、耗电量低的设备都大有裨益。

虽然实际数据尚不清楚,但这项设备的应用范围显然相当广,船、桥梁、浮标等都可以尝试,或是跟潮汐能等海洋能源搭配,来个电加上电,甚至也能善加利用我们的血管,毕竟人体内含有盐,将来或许能为植入式医疗设备提供电力。

而说来有趣,铁锈、除锈一直以来都是基础设备常见的问题,为各界的心头针,不过这项研究可能成功找出与铁锈和平共处的方法,目前研究已发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

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