鉅大LARGE | 點擊量：2370次 | 2021年09月30日
科學(xué)家推廣土豆電池:比堿性電池便宜得多
我國儲能網(wǎng)訊：科學(xué)家估計，一個普通土豆在水煮處理之后，足以讓LED燈為一個房間供應(yīng)40天的照明。一個用鋅片和銅片制作的水煮土豆電池的發(fā)電成本約為9美元/千瓦時，比普通堿性電池便宜許多。
歸根結(jié)底，土豆電池的電能并非來自土豆，而是源于鋅(或其他用作負(fù)極的金屬)在氧化過程中釋放的電子。
用一個簡單的技巧，普通的土豆可以被變成電池。土豆是如此的廉價多產(chǎn)，且分布廣泛，而世界上又有那么多的地方依然沒有電能，土豆是否就是解決問題的關(guān)鍵？然而科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)實世界推廣土豆電池比想象的更加困難。
水煮、燒烤、油炸？每個人都有自己喜歡的一款土豆菜肴。哈伊姆·拉賓諾維奇卻獨獨希望用土豆發(fā)電。
過去幾年，拉賓諾維奇和他在耶路撒冷希伯來大學(xué)的同事們一直在推廣“土豆能源”，試圖給那些未被電網(wǎng)覆蓋的邊遠(yuǎn)地區(qū)送去電力。將土豆連接上幾塊金屬片、電線和LED燈泡，就可以為世界各地的窮鄉(xiāng)僻壤供應(yīng)廉價的照明。他們還發(fā)現(xiàn)了一個簡單但聰明的方法，讓土豆能源變得更加地高效。拉賓諾維奇宣稱：“一只普通土豆在水煮處理之后，足以讓LED燈為一個房間供應(yīng)40天的照明。”這個點子聽上去也許很荒謬，但卻建立在堅實的科學(xué)基礎(chǔ)之上。然而，拉賓諾維奇和他領(lǐng)導(dǎo)的小組發(fā)現(xiàn)，要在現(xiàn)實世界中推廣土豆能源，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比他們最初想象的更加困難。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
雖然拉賓諾維奇的團(tuán)隊找到了新增土豆發(fā)電效率的方法，讓一只土豆能夠生產(chǎn)更多電能，但土豆發(fā)電的基本原理其實早在中學(xué)課本中介紹電池原理的章節(jié)中就已經(jīng)提及。要用有機(jī)材料制作電池，你只要兩塊金屬———一個充當(dāng)正極(銅)，一個充當(dāng)負(fù)極(鋅)。土豆內(nèi)所含的酸促使鋅和銅發(fā)生反應(yīng)，鋅的電子被剝奪，流向銅，于是出現(xiàn)了電流。早在1780年，意大利生理學(xué)家路易吉·伽伐尼就發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。他將兩塊金屬連接到一只青蛙的腿上，出現(xiàn)的電流導(dǎo)致青蛙的肌肉抽搐。但是，你可以將很多的材料放在正負(fù)兩極之間，獲得同樣的效果。和伽伐尼同時代的意大利物理學(xué)家亞歷山大·伏特使用鹽水浸泡過的紙為導(dǎo)電材料。其他人嘗試過更簡陋的“土制電池”，采用兩塊金屬板和一堆土或一桶水。
在教導(dǎo)高中生電池原理時，土豆是最常使用的道具。然而，讓拉賓諾維奇感到驚訝的是，從未有人研究過將土豆用作能源的可能性。因此，2010年，他決定親自嘗試，并找到兩合作伙伴———加州大學(xué)伯克萊分校的博士生亞歷克斯·戈爾德伯格和鮑里斯·拉賓斯基。
“我們嘗試了20種不同品種的土豆，”戈爾德伯格解釋說，“重點是研究它們的內(nèi)部阻力，從而幫助我了解有多少能量以熱的形式被浪費?！?/p>
他們發(fā)現(xiàn)，簡單地將土豆水煮8分鐘，可破壞土豆內(nèi)部的有機(jī)組織，減少阻力，允許更加自由地電子運動———從而生產(chǎn)更多的電能。他們還嘗試將土豆切成4至5片，將銅片和鋅片夾在中間，制成電池組，從而增大發(fā)電量。戈爾德伯格說，“我們發(fā)現(xiàn)，我們可以將電能的產(chǎn)量新增10倍，由于成本的大幅削減，這個效率已經(jīng)頗具經(jīng)濟(jì)前景。”
“雖然只是低壓電能，”拉賓諾維奇說，“但足以制造一節(jié)電池，在沒有連接電網(wǎng)的地方用于給手機(jī)或筆記本電腦充電?！?/p>
他們的分析顯示，一個用鋅片和銅片制作的水煮土豆電池的發(fā)電成本約為9美元/千瓦時。而普通1.5伏AA堿性電池的價格約為49-84美元/千瓦時。因此，土豆電池要便宜得多。和發(fā)展我國家普遍用于照明的煤油燈相比，土豆電池的價格只有1/6。這就引發(fā)了一個重要問題———為何土豆電池并沒有得到大規(guī)模的推廣使用？
2010年，全世界的土豆產(chǎn)量達(dá)到驚人的324181889噸。在世界130個國家，土豆都是頭號非谷物類糧食，是數(shù)十億人的重要淀粉來源。它們價格低廉，容易儲存，可存放很長時間。全球12億人生活在沒有電網(wǎng)的地方，一個簡單的土豆就可以解決電力問題———至少這是研究者們的美好理想?！拔覀円詾楣娼M織會感興趣，”拉賓諾維奇說，“我們以為印度的政客們會向窮人發(fā)放印有他們名字的土豆電池。每個土豆電池的價格還不到1美元?！?/p>
然而，他們的實驗過去3年了，為何政府、公司、慈善組織還沒有爭相把土豆電池推廣到世界各地？拉賓諾維奇推測，“簡單的答案是，他們甚至不了解它的存在?！比欢嫦嗫赡芤獜?fù)雜得多。
第一個問題是，將食物用做能源。聯(lián)合國糧農(nóng)組織的高級自然資源官員奧利維耶·杜波伊斯說，用食物生產(chǎn)量源———比如用甘蔗生出現(xiàn)物燃料———必須防止消耗食物儲備，防止和農(nóng)民競爭。
“首先，你要了解，是否有足夠的土豆用于食用？其次，此舉是否會損害靠銷售土豆為生的農(nóng)民的利益？”他解釋說，“假如土豆足夠使用，不會危及土豆農(nóng)的利益，還有剩余土豆，那么才要考慮下一個問題———它真的管用嗎？”
在肯尼亞之類的國家，土豆是僅次于玉米的第二大糧食來源。內(nèi)羅畢國際土豆中心的首席科學(xué)家埃爾瑪·舒爾特·戈爾德曼說，2013年，小型農(nóng)場生產(chǎn)了約1000萬噸土豆，然而，其中約10%-20%由于缺乏銷售市場和糟糕的儲藏條件等問題而腐爛浪費。這些浪費掉的土豆完全可以被用作電池。
其他地方的情況又不盡相同。比如在斯里蘭卡，當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的土豆稀少，價格昂貴。因此，不久前，卡拉尼亞大學(xué)的一隊科學(xué)家決定嘗試用一種更常見的野生作物———芭蕉———取代土豆。物理學(xué)家KD·加亞蘇里亞和他領(lǐng)導(dǎo)的小組發(fā)現(xiàn)，水煮同樣有助提高芭蕉的發(fā)電效率———效果最好的方法是在水煮之后將芭蕉切片。他們發(fā)現(xiàn)，水煮之后，一顆芭蕉供應(yīng)的電能可供一個LED燈泡照明500小時。加亞蘇里亞說，“我認(rèn)為，土豆的電流更穩(wěn)定一些，但芭蕉在我們這里卻是免費的，經(jīng)常被扔掉?！?/p>
雖然如此，依然有人懷疑土豆電能的可行性?！霸诂F(xiàn)實生活中，土豆電池和你在商店購買的普通電池本質(zhì)上是相同的，”馬薩諸塞大學(xué)的德里克·洛夫利說，“它只是采用了不同的媒介?！彪m然土豆可防止能源作為熱量流失，但它并非能量之源———事實上，電池的能源來自鋅的氧化所導(dǎo)致的電子流失?！敖饘俨粩嗟难趸冑|(zhì)，”洛夫利說，這意味著你必須替換掉鋅片，當(dāng)然，土豆(或芭蕉)也要替換。
然而，鋅并非什么昂貴的金屬。在大多數(shù)的發(fā)展我國家，它的價格相當(dāng)便宜。加亞蘇里亞爭辯說，不管怎么說，土豆(芭蕉)電池依然比煤油燈便宜高效。一個鋅電極可持續(xù)使用5個月，而價格僅相當(dāng)于1升煤油。在斯里蘭卡，平均每個家庭兩天就要消耗1升煤油用于照明。當(dāng)然你還可以選擇其他在當(dāng)?shù)馗畠r的金屬，比如鎂或鐵。
然而，土豆倡導(dǎo)者們還必須克服其他的困難：消費者對土豆的看法。比較太陽能之類的現(xiàn)代技術(shù)，土豆無論怎么看都不像是誘人的能源。創(chuàng)建“1度太陽能”公司，專門在肯尼亞銷售微型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的高拉夫·曼昌達(dá)說，人們選擇購買他們的產(chǎn)品并不僅僅因為效率和價格：“他們終究是消費者，必須看到產(chǎn)品的價值，不僅看中它的功能，也要考慮地位和面子問題。”歸根結(jié)底，很多人會認(rèn)為土豆電池太簡陋，太土氣，不值得向鄰居炫耀。
然而，這一切都無法否定，土豆電池確實管用，而且價格便宜。土豆電能的倡導(dǎo)者們無疑會繼續(xù)奮斗下去。
