有機會與鐵鏽和平共處?科學家發現鹽水流經鐵鏽竟能發電

發佈日期: 2019 年 08 月 02 日 15:27 | 作者: | 分類: 產業資訊

有些電力來源,可能來自於意想不到的組合,像是海底斑駁生鏽的沉船、海上氧化的鐵橋柱,這些平常令人頭痛的鐵鏽問題,其實大有用處,最近美國加州理工學院與西北大學科學團隊發現,當鹽水流過鐵鏽薄膜時,就會產生微量電流,在未來說不定會變成新型的永續發電來源。

鹽類是金屬離子、酸根或非金屬離子所組成的化合物,氯化鈉、硫酸鈣、碳酸鈉等都包含在內,而它做為常見的電解質,已經是科學實驗室的常客,科學家先前就透過鹽類研發過鹽水燈、液流電池、鹽水電池、鈉離子電池、鹽差能發電系統等各種設備。

但新系統的運作模式並不屬於化學反應,跟上述的金屬化合物與鹽的相互作用不一樣,鹽水流過生鏽物質會發電是因為動電效應(electrokinetic effect),鹽水中的離子會吸引鐵鏽中的電子,當鹽水和鹽離子流經生鏽表面時,引力就會扯動鐵電子並產生電流。

過去科學家在進行石墨烯(Graphene)研究時,其實就有觀察到動電效應,而且動能轉電能的效率還頗高,高達 30%,相較之下,太陽能的轉換效率就只有 20% 左右,只可惜石墨烯貴為碳原子界的材料之王,難以製造且成本高昂,不太容易放大尺寸、拿來發電。

要讓鐵生鏽非常容易,若要開發鹽水鏽鐵發電技術,只要打造一大片鐵板,最後再讓表面生鏽即可,不過在實驗中,加州理工學院與西北大學團隊還是先讓鐵板均勻生鏽。他們首先透過鍍膜、半導體中常見的物理氣相沉積(PVD)技術,將鐵氧化物蒸氣在表面凝結成 10nm 厚的薄膜,最後再用不同濃度的鹽水進行測試。

實驗結果表示,每平方公分的鐵鏽可以產生幾十毫伏跟幾微安的電流,擴大尺寸將能進一步提高發電量。加州理工學院化學教授 Tom Miller 表示,團隊預估,每 10 平方公尺每小時將能產生幾 KW 的電力,這對電力需求較低的偏鄉地區、耗電量低的設備都大有裨益。

雖然實際數據尚不清楚,但這項設備的應用範圍顯然相當廣,船、橋梁、浮標等都可以嘗試,或是跟潮汐能等海洋能源搭配,來個電加上電,甚至也能善加利用我們的血管,畢竟人體內含有鹽,將來或許能為植入式醫療設備提供電力。

而說來有趣,鐵鏽、除鏽一直以來都是基礎設備常見的問題,為各界的心頭針,不過這項研究可能成功找出與鐵鏽和平共處的方法,目前研究已發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:David Gil via Flickr CC BY-SA 2.0)

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