可持續發電新招：「鐵鏽發電」

惱人的鐵鏽可能在發電方面派上用場。

發電的方式非常多樣，如太陽能發電、風力渦輪機發電和水力發電等。現在，鐵鏽也可以用於發電了。phys.org網站7月30日報道，美國加州理工學院和西北大學的科學家們的最新研究成果表明，鹽水在流過生鏽的氧化鐵薄膜時可以發電。這種鐵氧化物薄膜有望成為一種全新的發電方式，助力未來的可持續發電行業。金屬氧化物和鹽水之間的相互作用可以產生電能，但這通常是化學反應的結果，其中會有一個或多個化合物被轉化為新化合物。這也是大多數電池內部的工作原理。相比之下，加州理工學院化學教授Tom Miller和西北大學教授Franz Geiger的新發現並不涉及化學反應，而是將流動鹽水的動能轉化為電能。相關研究成果刊登於《美國國家科學院院刊》雜誌。

流動鹽水的動能轉化為電能是動電學效應的結果。此前，研究人員已經在石墨烯薄膜上觀察到過類似現象。動電學效應非常有效，它將動能轉化為電能的效率約為30%，而最好的太陽能電池板的效率也僅僅20%左右。Miller說：「取一滴鹽水，將它拖過石墨烯薄膜表面，就能產生電能。在其他材料中也可以觀察到類似結果。石墨烯薄膜的製造工藝和擴大化很複雜，大型氧化鐵薄膜的製造則相對容易——氧化鐵薄膜就是鐵鏽，所以它的生產相對很容易。」

雖然鐵合金本身就能生鏽，但Miller等需要確保其表面形成的氧化鐵薄膜是均勻一致的。為了達到這個目的，他們使用了物理氣相沉積法（PVD）。採用PVD法可以將固體材料（本例中是氧化鐵）轉化為蒸汽，然後在理想的表面進行冷凝。藉助PVD法，Miller等製造出了約10納米厚度的氧化鐵層。研究人員讓不同濃度的鹽水溶液流過鐵鏽層時，發現每平方厘米薄膜可產生幾十毫伏/幾微安的電流。Miller說：「每10平米的氧化鐵薄膜每小時可以產生幾千萬的點亮，這已經足夠美國一個普通家庭的使用。當然，氧化鐵薄膜發電對於要求較低的應用，如偏遠地區的低功耗設備，更有前景。」

「鐵鏽發電」背後的機理非常複雜，主要包括離子吸附與解吸。它的基本原理是這樣的：鹽水中的離子對鐵鏽層下方的鐵合金中的電子產生吸引作用，但鹽水流動時，離子也隨之流動，在吸引力作用下，鐵中的電子被其拖曳，進而產生電流。Miller認為這種動電學效應在特定情況下非常有用。他說：「類似浮標這樣在海洋中漂浮的設備，可以利用海水進行被動的電能轉換。人類血管中的含鹽液體以周期性脈衝流動，這可以為植入物發電。」

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：阿淼

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