唾液燃料电池，劲小志大

来源：新金融观察报   发布者：亦云   日期：2015-02-16  

　　用唾液发电提供了一种全新的思想，就是不追求强大电能，用微小的能量干那些只需微小能量的事。大的干大事，小的干小事，小事不一定价值小，这是一种非常超前的意识。 　　2014年3月，美国宾夕法尼亚州立大学和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王大学(KAUST)的联合研究团队展示了用唾液发电的可能性。这一成果听起来有些匪夷所思，实际上拥有广泛的应用前景。唾液可能成为医疗设备的可再生能源来源，短期目标用于医学诊断和治疗，长期目标则是实现经济的海水淡化。更重要的是，它提供了一种全新的思想，就是不追求强大电能，用微小的能量干那些只需微小能量的事。大的干大事，小的干小事，小事不一定价值小，这是一种非常超前的意识。 　　还是让我们先把这种听起来有点不靠谱的东西弄明白吧。 　　来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的侯赛因教授，一直从事电气工程领域的研究。他的努力方向是开发那些极其微小的装置。早在2010 年，侯赛因已启动对那些来源丰富且可再生电源的开发。这种电源可投放到极其偏僻的地方，供机器使用，以净化水或诊断疾病。从这个出发点来考虑，结果是这种电源的体积和重量越小越好。不过，侯赛因教授怎么也没想到这种动力会来自人的唾液。使用唾液这一灵感，来自他的同事，同时也是该实验室的博士生贾斯汀·E·明克。明克如今是著名的跨国公司陶氏化学 (Dow Chemical) 的研究员。 　　当时，明克正试图为糖尿病患者打造一款血糖监控设备，需要同样极为微小的电源，以便于植入人体内胰腺周边。两个人从完全不同的角度出发，却在“微小”这一共同诉求上相遇了。唾液发电本质其实是所谓的微生物发电，它的工作原理是：细菌的代谢过程中可以产生电子，而唾液中含有的有机物，正好可以提供细菌代谢（其实这正是龋齿等口腔疾病发作的原因）。而在高导电石墨电极上搭载唾液代谢细菌，几周之内便能产生几乎 1 微瓦（1 瓦的百万分之一）的电能。别看这1 微瓦的电力似乎小得微 　　不足道，但已足够驱动精密的诊断仪器和监测工具的实验室芯片元件。明克的糖尿病追踪仪正属于这种精密仪器。这种思路马上给侯赛因教授提供了举一反三的材料—他正在利用3D打印技术研制一种人工肾脏，正在为动力来源而发愁。现在好了，将这种功率虽然微小但可随处取材的微生物燃料电池植入人工肾内，其功率正好可以维持设备运作！ 　　原理如此简单，但为什么直到现在才有人想到它呢？细心的读者可能会发现两个关键问题：头一个是电极问题，第二个是为什么用唾液而不用别的。 　　首先，这种微小的生物电池对电极的要求很高，传统的石墨电极或金属电极都不灵。它最好是用导电性极强的石墨烯。石墨烯这种东西现在正是大红大紫，在没有石墨烯的年代，用多层石墨烯薄膜作为阳极，阴极则是一个空气阴极，制法极其简单而巧妙—在1厘米见方的石墨烯薄膜上放置一个橡胶垫片，在橡胶垫片的中心挖一个5×5毫米的方形孔，这就是电池的阳极。可以想见，这种东西的成本非常低，以现在石墨烯的高价来计算，它的成本也仅有2-3美元(人民币不到20元)。研究人员甚至在考虑用硅（它和碳是同族元素）来代替石墨烯中的碳原子，如果真能那样，则制作成本仅需50美分。 　　第二个方面，之所以用唾液而不用别的化学药剂，有两个原因：首先是随处可取，而且取之不尽，用之不竭，相比于风和水流等大型可再生能源，唾液这种最普通的资源更易于收集和掌控。另外更重要的一点，是它纯天然、无污染，对自然界无害，而这正是其他传统电池溶液的致命短处。 　　目前，侯赛因教授和他的团队正在研究如何扩充这种燃料电池的电量。1微瓦毕竟还是太小了，限制了它的使用范围。他们研制的最新款唾液电池中，3个燃料电池互相联结，大大增加了电能密度，需要的只是更多唾液而已。这种新的唾液燃料电池，除可以驱动糖尿病检测仪以外，还可以驱动孕检指示器等一系列小型设备。 　　现在，唾液已经不是唯一被科学家们瞄准的对象。侯赛因教授和他的团队目前也在研究如何利用茶叶发电，准确地说是茶根儿。他们还与几家希腊酸奶公司商谈如何利用制造酸奶所生产的废水来制造微生物电池。这些过去让人们看上去一地鸡毛的东西，现在却开始派上了大用场。 　　然而，这还仅仅是第一步。侯赛因教授还有更长远的目标—以有机工厂的废料作为动力来源，驱动海水淡化工厂，以造福贫困国家。 　　这个海水淡化问题可是非同小可。虽然人类已经有了很多淡化海水的办法，但都面临着同一个致命问题—成本高、不经济。现在利用淡化海水程度最高的国家，都是波斯湾沿岸那些富得流油的产油国家，只有他们可以不计成本。早在18世纪，英国王室就曾经许下重赏，奖励发明廉价经济的海水淡化工艺的人。可是，将近300年过去了，人类都快登陆火星了，这个奖项仍然无人领走！可见其难，也许是我们以往的思路错了。海水淡化并不一定需要强大而集中的能源，像唾液生物电池这种小而分散且无副作用的能源，可能倒是正合用的。 　　的确，大有大的好处，小有小的强项。

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