木材纖維素助力熱電設備,體溫發電有望成真

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 08 日 7:45 | 分類 材料、設備 , 能源科技 follow us in feedly

若是可以將人體體溫轉換成電力,人們將擁有取之不盡的用電來源,而現在美國科學家已運用常見的木材,研發出神奇又永續的熱電設備,有望讓體溫發電夢想成真。




熱電發電概念源於熱電效應(thermoelectric effect),基本上就是善加利用溫度差,將溫度差轉換成電壓,溫差愈大所產生的電力就愈強,然而人體與外界溫差註定不會「過大」,這便是體溫發電難以實現的難題之一。

對此,美國馬里蘭大學學院市分校團隊想出一項解決方案,以樹木的水分運輸方法為發想,試圖打造木材奈米薄膜、運用奈米離子來捕獲人體與外界些許的溫度梯度。

眾所周知,樹木是從根部吸收水分,水進入根部維管束的木質部後,再經過漫長的旅途抵達其他部位。木質部的管徑相當細,差不多是以奈米或是更小的單位來計算,這樣一來才植物可以透過壓力或是蒸散作用讓水分往上流動,美國馬里蘭大學學院市分校團隊便想開發類似管道來控制離子運輸。

研究團隊首先選擇環境影響低、生長速度快且常用於樂器的椴木(Basswood),把木質素與半纖維素(hemicellulose)剔除,其中去除前者可以提高木材硬度,後者則能調整纖維素的結構,可說是提升離子傳導性的關鍵要素。

最後研究團隊把完好的木頭變成一片薄薄的撓性薄膜,為了讓薄膜可帶電,團隊也在薄膜上鑲上白金電極,讓鈉基電解質滲透到纖維素中。團隊指出,運用全新的木質技術,設備可以透過較小的溫度差產生離子電壓,一旦特定的電流/離子通過薄膜就能發電。

(Source:美國馬里蘭大學學院市分校

論文第一作者 Tian Li 指出,這種帶電管道可以在奈米纖維上形成電場,就能在溫度梯度較小的情況下控制離子運動。

團隊指出,該研究也是首次證明這類纖維素薄膜的應用潛力,還可以當成奈米流體和分子流之中的離子選擇薄膜(ion selective membrane),進一步擴大纖維素在奈米離子的應用範圍。

目前該團隊尚未公布熱電能量轉換率,僅表示新型離子導體溫度梯度比(thermal gradient ratio,註)約為 24mV K -1,是現有技術的兩倍以上,團隊則認為,透過新型木質技術,科學家已經研發出既靈活、生物相容性高的熱電轉換設備,未來有望朝大規模製造發展。

註:溫度梯度比類似於熱電反應的塞貝克係數(Seebeck coefficient)。

(首圖為椴木,來源:Flickr/Katja Schulz CC BY 2.0)