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用空气发电？你没听错。最近，研究人员找到了一种方法，可以利用几乎任何材料就能从空气中收集电能。
文 | 陈强
来自美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员做出了一个惊人的研究：只要满足一个条件，几乎任何材料都可以用来制造一种从潮湿空气中持续收集电能的装置。而这个条件是，材料表面上要有许多直径小于 100 纳米的纳米孔。看似很神奇，但其原理比预期的要简单得多。
空气中含有电能？
空气中有着大量的电能，你只需要抬起头看看天空中的云朵就会明白。一朵云，它其实是由大量的小水滴构成的，这些水滴中的每一个都带有电荷。当条件合适时，云可以以闪电的形式释放出大量的电能。不幸的是，我们没有可靠的方法来收集这些电能。
那么，制造一个可控的云朵会怎样？在 2020 年，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员，就制造了一个小规模的人造云，它能可控地、持续地产生电能。为了收集电能，他们研发了一款能量收集装置，其构成材料是一种叫做硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）的细菌生长的蛋白质纳米线。
做完这个研究之后，研究人员马上意识到，细菌其实不是必须的。他们发现，几乎任何材料都可以用来从空气中收集电能，只需要它们有着直径小于 100 纳米的纳米孔。因此，他们把这项技术称为“通用空气生成效应”（generic Air-gen effect）。研究人员在 2023 年 5 月份的《先进材料》（Advanced Materials）期刊上发表了该技术的详细内容。那么，他们究竟是如何实现这种技术的呢？
纳米孔是发电的关键
这种技术的能量收集装置，是由一层薄膜制成的，其上充满了纳米孔，可以让空气中的水分子从薄膜的上层穿到下层。但由于每个孔都很小，水分子在穿过薄膜时很容易撞到孔的边缘上。碰撞时，水分子的电荷就会转移到薄膜上并累积起来。由于上层会比下层更容易受到水分子的撞击，这样在薄膜的两边之间就会产生电荷差。利用这种电荷差让电子流动，形成电流，就可以产生电能。这是一种绿色清洁的能源，其来源只是潮湿的空气。
目前，这种技术仍处于早期阶段。研究人员测试的由纤维素制成的薄膜，在实验中产生了大约 260 毫伏的电压输出，而日常生活中给手机充电通常需要大约 5 伏的电压。但薄膜的厚度远小于一根人类头发丝的宽度，这意味着它们能轻松地堆叠起来，就可以产生更高的电压输出，使其更加实用。
研究人员说，因为薄膜可以用几乎任何材料制成，这意味着可依据所处的环境来选用最佳的材料。比如，你可以想象一种材料制成的能量收集装置适用于热带雨林环境，另一种材料制成的能量收集装置适用于更干旱的环境。下一步，研究人员将在不同的环境中测试这些能量收集装置，并努力提高它们的电能输出。
参考文献：
https://doi.org/10.1002/adma.202300748
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