《自然》：发电机可利用空气中水分发电，还能在室内使用

马萨诸塞大学安姆斯特分校研究人员开发了一种发电装置，借助一种蛋白质，利用空气中的水分就能发电。他们表示，这一技术将对未来的可再生能源、气候变化和医疗产生深刻影响。

由蛋白质纳米线组成的薄膜利用大气中水分生成电流的渲染图

《自然》今天刊文称，马萨诸塞大学安姆斯特分校电子工程师姚军（Jun Yao，音译）和微生物学家德雷克·洛弗利（Derek Lovley），开发了一种他们称之为“空气发电机”的装置，利用由地杆菌制造的能导电的蛋白质纳米线发电。

在“空气发电机”中，电极与蛋白质纳米线相连，空气中自然存在的水分就可以生成电流。

姚军说，“不夸张地说，空气发电机可以无中生有地发电。它可以每周7天、每天24小时地生成清洁能源。”

洛弗利过去30年一直从事可持续生物电子材料研究，他说，“这是蛋白质纳米线迄今为止最令人惊异和激动的应用。”

姚军实验室开发的这一发电技术，具有不会产生污染、可再生和成本低的特点。甚至在非常干旱的地区，例如撒哈拉沙漠，它也能发电。

洛弗利表示，与风能、太阳能等其他形式的可再生能源相比，空气发电机有相当大优势，例如，不要求有阳光或风，“它甚至能在室内发电”。

研究人员解释说，空气发电机只要求一层厚度不超过10微米的蛋白质纳米线薄膜即可。薄膜的底部是一个电极，顶部是一个更小的电极。薄膜可以从空气中吸收水分。

蛋白质纳米线的导电性和化学特性，与薄膜中纳米线间的毛细孔，为两个电极之间生成电流创造了条件。

研究人员称，目前的空气发电机的发电量，能为小型电子设备供电，他们预计这一技术将很快投入商业应用。

未来，他们计划开发一款空气发电机“补丁”，为健身追踪器、智能手表等可穿戴设备供电，使得这些产品不再需要传统电池。他们还希望开发用于手机的空气发电机版本，免除用户给手机充电的痛苦。

姚军说，“我们的最终目标，是开发大规模系统。例如，这一技术将被整合在装修材料中，为消费者家庭提供电能。我们还可能开发独立的空气发电机，为电网供应电能。一旦我们的技术投入工业化应用，我预计我们开发的大型系统，将对可持续能源的生产产生重大影响。”

为了推动地杆菌的实际应用，洛弗利的实验室最近开发了一种新菌种，能进一步加快蛋白质纳米线的生产速度，降低成本。

他说，“我们将大肠杆菌转化成蛋白质纳米线工厂。有了这种规模化生产的工艺，蛋白质纳米线的供应将不再是开发这些应用的瓶颈。”

他们表示，空气发电机的开发，彰显了不同寻常的跨学科合作。30多年前，洛弗利在波托马克河的污泥中发现了地杆菌，之后，他的团队发现了它能用来生产具有导电性的蛋白质纳米线的能力。

在入职马萨诸塞大学安姆斯特分校前，姚军曾在哈佛大学工作数年，利用硅纳米线设计了一款电子产品。他们合作的目的，是探索利用由地杆菌生产的蛋白质纳米线，能否用于电子产品中。

姚军实验室的博士研究生刘小蒙（Xiaomeng Liu，音译）在开发新的传感器装置，“我看见了这种现象，当纳米线与电极相连时，装置就会生成电流。我发现，暴露在空气中是它能发电的必不可少的条件，蛋白质纳米线能吸收水分，设备上会产生电压。”

除空气发电机外，姚军实验室还开发了蛋白质纳米线的数种其他应用。他说，“基于蛋白质的电子设备新时代的大幕才刚刚开启。”

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