技术 | 比太阳能发电还强，生锈铁板可以为电动车发电？

撰文 | 小魔

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铁锈这种东西我们在日常生活中经常见到，小到铁钉螺丝，大到金属机械，这些恼人的金属“病毒”不但非常容易缩短金属制品的使用寿命，同时又很难被处理。不过，最新的研究表明，这些讨人厌的铁锈似乎也有了正面的积极作用，比如用来发电。

上个月在《美国国家科学院院刊》的一篇论文中，来自加州理工学院的化学教授汤姆•米勒（Tom Miller）和西北大学的弗朗茨•盖格（Franz Geiger）提出了一种依靠铁锈和运动驱动的发电设备，来为从灯塔到医疗植入物等设备提供能量。

 

这种铁锈发电设备能够运转依赖于一种被称为动电学效应的原理，其整体运作非常复杂。简单来说，它的基本原理是：盐水中的离子对铁锈（氧化铁）层下方铁合金里的电子产生吸引，当盐水流动时，离子随之流动，并拖拽电子，从而产生电流。在效能方面，动电学效应的电能转化率也非常高，可将动能转化为电能的效率约为30%，而当前最好的太阳能电池板的电能转化效率也才20%左右。

 

其实除了铁锈膜，研究人员在实验室内用石墨烯材质也能做到此类发电，当把盐水滴在石墨烯上时，就会产生电能。石墨烯是一种由碳原子薄片制成的纳米材料，这种材料也因为也被用作电动车和电子产品中锂离子电池的负极材料。不过使用石墨烯材质的问题在于其价格非常昂贵，且石墨烯薄膜的制造工艺和扩大化都非常复杂，而大型的氧化铁薄膜，也就是铁锈的制造则相对容易得多。

 

毕竟铁锈无处不在，并经常在无意中进行传播，特别是在汽车以及那些长期浸泡在海水的船只、浮标与码头上。即使它没有在自然环境中生长，人们也很容易通过将铁制品暴露在水中来制造铁锈。

 

金属纳米层中电能转换示意图

不过在米勒和盖格发表的联合论文中却表示，用自然生长的铁锈是无法用于发电的，因为它们的形状和厚度变化很大，而他们用来发电的铁锈薄膜是采用特殊方法制成。在实验中，他们用一种叫做物理气相沉积的方法制造了一层薄薄的金属，这个过程包括把铁变成蒸汽，然后在玻璃表面冷凝。这就产生了一层非常薄的金属，只有10到20纳米的厚度，比一层保鲜膜要薄1000倍。当暴露在空气中时，铁膜会自发在表面形成更薄的锈膜。然后，研究小组用盐水在材料上流动，观察发生了什么。

 

当把不同密度的盐水倒在这些特制的铁锈表面时，他们发现每平方厘米的薄膜可以产生几微安/几十毫伏的电流。米勒表示：“在10平方米的金属纳米膜上流动的盐水每小时可以产生足够的电力来为一个标准的美国家庭供电。”所以在他们看来，锈膜发电可以应用的场景很多，比如可用于覆盖浮标，为海上科学设备或桥梁发电，为附近建筑物供电。它甚至可以用于为医疗设备供电，这是因为该过程适用于任何离子溶液，而不仅仅是盐水。

 

不过比较遗憾的是，由于这种发电设备依赖于动能运动来发电，因此它们很可能不能像新型固态电池或液流电池那样被安装在汽车上。不过它仍然可以用作大规模电网发电的电力来源，类似于沙漠太阳能电池阵列或离岸风力发电场这些。

 

对于电动车是否环保，现在很大的争议就在于其电力来源，毕竟大多数电能还是通过污染严重的火力发电来获得。不过随着太阳能发电、风力发电、水力发电等新清洁电力的加入，再加上非常有潜力的铁锈发电，相信这些环保发电技术对电动车减少碳排放一定会带来更加有益的影响。

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