潛艇可以直接用海水“充電”了？_風聞

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編譯／雷鑫宇 審稿／alone  責編／唐林芳

研究人員設計了一種雙模式發電機，可同時滿足短期高功率需求和長期穩定電力需求。

利用海水發電一直是研究的課題。

水下交通工具、潛水機器人和探測器等需要有“自給自足”的能源供應，才能在不依賴後勤船隊的情況下長時間工作。

sciencedaily.com網站5月13日報道，華東師範大學等機構的研究人員在《應用化學國際版》雜誌公佈了一種新型的水下能源系統。該系統造價低廉、可以直接利用電化學方法從海水中提取能量。

美麗的大海藴含着巨大的能量，等待人類利用。

系統的優點在於既能夠處理短期的電力需求峯值，又能保持長期的電力穩定。並且，兩種操作模式之間還能自動切換。

水下設備需要執行的任務（如海底地形繪製、海底管道修復等）越發複雜。其發電系統面臨的主要挑戰是既要產生高能量密度滿足設備的基本電力需求，又需要產生高功率密度（短期高電流流量），用於快速移動和抓鬥抓取等操作。

海洋生物給科學家帶來靈感。

新發電系統的靈感源於海洋生物：很多海洋生物可以通過使用不同的材料作為電子受體來轉換其細胞呼吸的有氧/厭氧模式，系統的關鍵點在於用普魯士藍製成的陰極。這是一種開放的框架結構——氰化物離子形成“支柱”，鐵離子作為“節點”。整個框架結構可以很容易地接受和釋放電子。陰極材料與金屬陽極結合時，系統就能利用海水發電了。

發電系統運行時，如果功率需求較小，流入陰極的電子就會直接轉移到溶解氧中。海水中的溶解氧是“取之不盡用之不竭的”，因此從理論上講系統可以在低電流條件下提供無限電力。

海下作業不用再擔心用電問題了。

然而，由於海水中的溶解氧濃度很低，當電力需求急劇增加時，陰極缺乏足夠的溶解氧立即吸收所有的電子。此時需要普魯士藍將鐵的氧化態從+3降低至+2來存儲這些電子。

為了維持電荷平衡，帶正電荷的鈉離子會留在框架內。海水中的鈉離子濃度很高，因此係統可以在短時間內吸收很多電子。當電流需求降低時，電子再次轉移到溶解氧中，鐵的價態由+2恢復至+3，鈉離子離開系統。

潛艇可以直接在海水“充電”了。

新發電系統在腐蝕性的海水中表現出良好的穩定性。實驗中，它在高能模式下連續運行了4天。而在高功率模式下，系統能夠提供39個發光二極管和一個螺旋槳的能量需求。

來源：《應用化學國際版》

期刊編號：1433-7851

原文鏈接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190513120735.htm

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