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標題: 水下發電機採用普魯士藍陰極直接靠海水補充電力 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2019-5-16 10:28 AM 標題: 水下發電機採用普魯士藍陰極直接靠海水補充電力

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　　當探測儀器在海下冒險時﹐它們需要一台擁有高功率密度和高能量密度的發電機﹐以免電力不足導致探測器無法下潛至深海。最近﹐來自中國的科學家開發出新型發電機﹐能夠直接從海水提取並補充電力﹐不用再擔心海下探測器無法長時間運作﹐或需要額外攜帶笨重的電源系統。
　　繪製海底地貌/水流/溫度﹐檢查﹑修復海底管線/海底電纜等﹐這些都是水下儀器執行的幾種任務﹐然而處於深海極端條件下﹐儀器需要的是一台能產生高能量密度(維持長時間運行)﹑高功率密度(短時間內提供大電流)的發電機﹐才能在海中快速移動或伸展機械手臂。
　　之前也有其他公司推出過類似的海下電源系統﹐只是設計模式不同。來自中國華東師範大學(ECNU)﹑上海大學﹑中國環境科學研究院的科學家們﹐受到一些海洋生物可以利用不同材料作為電子受體(electron acceptor)﹐在有氧/厭氧模式間切換細胞呼吸作用的啟發﹐設計出相同原理的新型發電機﹐關鍵為普魯士藍(Prussian blue)製成的陰極。
　　普魯士藍是一種深藍色顏料﹐化學名稱為「亞鐵氰化鐵」分子式為﹕Fe7(CN)18⋅14H2O)﹐價格便宜含量豐富﹐而其內部具有獨特結構﹕氰化物離子做為「支柱」﹑鐵離子做為「節點」﹐使這種物質能比其他電池電極化合物更快﹑可逆地儲存能量。
　　而普魯士藍與金屬陽極結合﹐就可開始利用海水發電。當電力需求低時﹐新型發電機就靠水中溶氧維持低電流功率﹐流入陰極的電子會被直接轉移到溶氧(dissolved oxygen﹐DO)﹐由於溶氧取之不盡﹐所以理論上可在無限時間內提供低電流功率。
　　當儀器需要快速增加電流以進行高功率任務(比如夾東西﹑快速前進)時﹐陰極沒有足夠溶氧立即吸收所有流入陰極的電子﹐此時就是普魯士藍表現的時刻﹕首先將鐵原子氧化態從+3降低到+2來儲存電子﹐而為了維持電荷平衡﹐帶正電的鈉離子會停留在陰極框架內﹐由於鈉在海水中濃度極高﹐因此陰極可以在短時間內吸收大量電子。
　　當電流需求降低時﹐電子再次轉移到氧氣中﹐氧氣再生框架﹐Fe(2+)重新被氧化成Fe(3+)﹐如此維持儀器長時間運作。團隊目前測試該系統﹐確認其可以在低功率模式下連續運行4天﹐沒有明顯的功率損耗﹐於腐蝕性海水中表現非常穩定。

作者: gwnchilu 時間: 2019-5-16 11:47 PM

非常有意思的研究
這樣就很容易研發出無人海底探測機

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