來自美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員做出了一個驚人的研究：只要滿足一個條件，幾乎任何材料都可以用來制造一種從潮濕空氣中持續(xù)收集電能的裝置。而這個條件是，材料表面上要有許多直徑小于 100 納米的納米孔。看似很神奇，但其原理比預(yù)期的要簡單得多。

空氣中含有電能？

空氣中有著大量的電能，你只需要抬起頭看看天空中的云朵就會明白。一朵云，它其實是由大量的小水滴構(gòu)成的，這些水滴中的每一個都帶有電荷。當(dāng)條件合適時，云可以以閃電的形式釋放出大量的電能。不幸的是，我們沒有可靠的方法來收集這些電能。

那么，制造一個可控的云朵會怎樣?在 2020 年，馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員，就制造了一個小規(guī)模的人造云，它能可控地、持續(xù)地產(chǎn)生電能。為了收集電能，他們研發(fā)了一款能量收集裝置，其構(gòu)成材料是一種叫做硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)的細(xì)菌生長的蛋白質(zhì)納米線。

做完這個研究之后，研究人員馬上意識到，細(xì)菌其實不是必須的。他們發(fā)現(xiàn)，幾乎任何材料都可以用來從空氣中收集電能，只需要它們有著直徑小于 100 納米的納米孔。因此，他們把這項技術(shù)稱為“通用空氣生成效應(yīng)”(generic Air-gen effect)。研究人員在 2023 年 5 月份的《先進材料》(Advanced Materials)期刊上發(fā)表了該技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容。那么，他們究竟是如何實現(xiàn)這種技術(shù)的呢?

納米孔是發(fā)電的關(guān)鍵

這種技術(shù)的能量收集裝置，是由一層薄膜制成的，其上充滿了納米孔，可以讓空氣中的水分子從薄膜的上層穿到下層。但由于每個孔都很小，水分子在穿過薄膜時很容易撞到孔的邊緣上。碰撞時，水分子的電荷就會轉(zhuǎn)移到薄膜上并累積起來。由于上層會比下層更容易受到水分子的撞擊，這樣在薄膜的兩邊之間就會產(chǎn)生電荷差。利用這種電荷差讓電子流動，形成電流，就可以產(chǎn)生電能。這是一種綠色清潔的能源，其來源只是潮濕的空氣。

目前，這種技術(shù)仍處于早期階段。研究人員測試的由纖維素制成的薄膜，在實驗中產(chǎn)生了大約 260 毫伏的電壓輸出，而日常生活中給手機充電通常需要大約 5 伏的電壓。但薄膜的厚度遠小于一根人類頭發(fā)絲的寬度，這意味著它們能輕松地堆疊起來，就可以產(chǎn)生更高的電壓輸出，使其更加實用。

研究人員說，因為薄膜可以用幾乎任何材料制成，這意味著可依據(jù)所處的環(huán)境來選用最佳的材料。比如，你可以想象一種材料制成的能量收集裝置適用于熱帶雨林環(huán)境，另一種材料制成的能量收集裝置適用于更干旱的環(huán)境。下一步，研究人員將在不同的環(huán)境中測試這些能量收集裝置，并努力提高它們的電能輸出。