日本研發出“憑空”發電電池，可永久提取電能，中國怎麼樣了
日本科學家已經研發出一種新型發電電池。隻需暴露在空氣中，利用空氣的濕度變化即可自我發電。相比煤炭發電、風力發電、太陽能發電、潮汐能發電、水能發電，這種“憑空”發電電池，完全不受地點的約束，哪裡有空氣，哪裡就可以自我發電。它可以部署在世界各個角落，即使珠峰峰頂或者撒哈拉沙漠，照樣可以大顯身手。
這種電池也不受時間限制，無論天晴還是下雨，無論白天還是黑夜，可以做到7×24小時全天候發電。
将來手機需要充電嗎？不需要，因為手機可以“憑空”自我發電；
将來手電筒需要裝幹電池嗎？不需要，因為手電筒可以“憑空”自我發電；
将來家庭用電需要經過特高壓遠距離輸送嗎？不需要，因為房屋可以“憑空”自我發電。
這種“憑空”發電的技術，以前也有研究，但注意力都集中在氧化石墨烯這種物質上，因為氧化石墨烯在吸收水分時會産生電壓。
日本的技術路線與衆不同。它設計的電池由上、下兩部分組成，上部向大氣敞開，下部是一個密閉槽。上下兩部分都填滿了由水和易潮解的锂鹽組成的電解液。
圖1 “憑空”發電電池的工作原理
如果空氣濕度較低，上部的開口槽中水分蒸發，電解液的濃度增加。下部的密閉槽由于不能和空氣交流，所以濃度不會改變。結果，開口槽和密閉槽的電解液之間産生濃度差，電極之間産生電壓，下部為正極。見圖1A。
如果空氣濕度較高，上部的開口槽吸收空氣中的水分，濃度降低。結果，在與前述相反的方向上出現濃度差，産生相反方向的電壓，上部為正極。見圖1B。
可見，空氣濕度無論是升高還是降低，都能産生電壓。
地球上的空氣濕度無時無刻不在發生着變化。日出以後氣溫逐漸升高，地面水分逐漸蒸發，源源不斷地向空氣輸送水汽，使空氣的絕對濕度增大。在溫度最高之時（地方時14:00左右），絕對濕度出現最大値。
午後氣溫達到最高，空氣的對流作用強大，近地面的水汽被帶到高空，空氣的絕對濕度開始逐漸減小。同時，午後氣溫開始降低，蒸發逐漸減少，向空氣中輸送的水汽減少，空氣的絕對濕度繼續降低，直至日出之前出現最小值。
總之，空氣絕對濕度的最大值出現在一天中溫度最高之時，最小值出現在日出之前。就這樣，空氣濕度日複一日地發生着有規律的周期性變化。于是，理論上可以實現永久提取電能。
在天氣預報中，空氣濕度常常用相對濕度來表示，而不是絕對濕度。相對濕度，表示空氣中實際水汽量與該氣溫下飽和水汽量的百分比。
下圖表示2017年1月11日武漢相對濕度在一天内的變化情況。可以看到，武漢在這一天内相對濕度的變化幅度超過65%。
圖2：2017年1月11日武漢相對濕度在一天内的變化
當然，目前這種新型電池産生的電壓非常低。在實驗中，當濕度為30%時，産生的電壓約22～25mV。濕度為90%時，電壓約-17mV。電流也非常低。短路電流為5mA，電流密度為0.56mA/cm2。
别看電壓、電流不起眼，它可以用作極低功耗的小型電子設備的獨立電源。
比如，随着萬物互聯的物聯網技術的不斷進步，電子設備海量般增加。如何為海量電子設備供電的問題就出現了。手工連接電源線、定期充電、定期更換電池在物理空間、時間和勞動力方面可能将變得不切實際。
這時，“憑空”發電電池就可以派上用場。
最關鍵的是，傳統的風能發電、太陽能發電、水能發電、煤炭發電、潮汐能發電做不到在任何時間、任何地方發電。而這種“憑空”發電電池可以在任何時間、任何地方發電，隻要有空氣就可以了。哪怕是在移動中，它就是一個移動發電機。
空氣無處不在，電力無處不在。
而且它屬于清潔能源，不釋放污染物。
中國的“憑空”發電技術怎麼樣了？
不同國家的科學家選取了不同的技術路線。第一種技術路線，必須保證較高的濕度才能發電，幹燥空氣不能産生電流，比如以色列。第二種技術路線，無論是幹燥還是濕潤都可以發電，比如中國、日本、新加坡和美國。
圖3 利用空氣濕度“憑空”發電技術國際對比
我國清華大學化學系曲良體教授團隊采用雙層聚電解質膜作為發電材料，開發出一種異質膜濕氣發電材料。當相對濕度為25%（25℃）時，産生0.95V的電壓，85%時産生1.38V的電壓。
從電壓的最高值來看，日本技術路線産生25mV的最高電壓，中國清華大學的技術路線産生1.38V的最高電壓。中國是日本的55.2倍，已經非常接近實用化。
1.38V的電壓值已經非常接近一節幹電池的額定電壓（1.5V），已經超過一顆鎳氫電池的額定電壓（1.2V）。但是幹電池有自我放電的缺點，鎳氫電池有反複充電的弊端。相比而言，新型“憑空”發電電池具有既不會自我放電，也無需反複充電的優點。
令人稱奇的是，清華研究團隊向着實用化方向邁進了一大步。首先，清華大學研究團隊借助激光加工技術對電池進行大規模集成。集成後産生的電壓高達上千伏。
其次，清華研究團隊進一步使其小型化，體積僅為0.5×0.5×9.2cm3的集成器件可以産生高達百伏的電壓輸出。
該成果已經發表于《Nature Nanotechnology》。
新型“憑空”發電電池的應用前景非常廣泛，不僅可以用于手電筒、照相機、手機、鬧鐘、傳感器、攝像頭、儀表、路燈、可穿戴電子設備等日常生活場景，還可以用于國防、科研、航海、航空、醫學、智慧城市、智慧農業、智能家居等所有場景。
更令人叫絕的是，如果将将這種新型發電裝置以某種方式融入到裝修所用的牆漆中，完全可以為家用電器和工業電器提供電源，從而避免特高壓遠距離輸電造成的電壓損失和建造成本。
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