- 美國正研制新式光電化學(xué)電池
- 可將太陽光轉(zhuǎn)化為電力
- 延長電池壽命并減少制造成本
據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)1月5日(北京時間)報道，美國研究人員正在研制一種新式太陽能電池，通過使用碳納米管和DNA等材料，該電池能像植物體內(nèi)天然的光合作用系統(tǒng)一樣進(jìn)行自我修復(fù)，從而延長電池壽命并減少制造成本。
光電化學(xué)電池可將太陽光轉(zhuǎn)化為電力，使用能導(dǎo)電的電解液運(yùn)送電子并制造出電流。傳統(tǒng)光電化學(xué)電池一個最大弊端是其內(nèi)吸收光線的染料難以更新，新技術(shù)通過不斷用新染料替換被光子破壞的染料從而解決了這個問題。
新設(shè)計利用了單壁碳納米管非同尋常的電學(xué)特性。碳納米管可包含一層到上百層石墨片，只有一層石墨片的稱為單壁碳納米管，其管徑約1.5納米左右，是一種非常理想的納米通道，一根開口的單壁碳納米管可以被用作“電動馬達(dá)”和“發(fā)電機(jī)”?？茖W(xué)家在實(shí)驗(yàn)中將單壁碳納米管用作“捕光電池中的分子電線”。研究人員解釋說，在新電池中，碳納米管的主要功能是固定DNA片段?？茖W(xué)家也對DNA進(jìn)行編程，讓其具有核苷酸所擁有的特定序列，使其能識別并且依附染料。一旦DNA識別出染料分子，系統(tǒng)就開始自我組裝，完成染料更新，就像植物體內(nèi)時時刻刻都在進(jìn)行的自我再生。
基于這種想法研制的革新性光電化學(xué)電池，只要不斷向其中添加新染料，就能開足馬力繼續(xù)工作。而通過化學(xué)過程或通過增加具有不同核苷酸序列的新DNA片段，擊落舊染料分子，接著朝其中添加新染料分子，就可實(shí)現(xiàn)染料的新舊更替。
這項(xiàng)模擬自然界中自我修復(fù)機(jī)制的技術(shù)有兩個關(guān)鍵點(diǎn)：分子識別和該系統(tǒng)持續(xù)被溶解和重組的穩(wěn)定性。
領(lǐng)導(dǎo)這種新式電池研制的美國普渡大學(xué)機(jī)械工程學(xué)助教崔宗獻(xiàn)(音譯)表示：“現(xiàn)在，我們已經(jīng)使用光學(xué)納米材料制造出了一種人工光合作用系統(tǒng)，新系統(tǒng)可以捕獲太陽能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。新方法將來可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。”
之前其他研究曾使用從細(xì)菌中提取出來的生物載色體取代染料，而崔宗獻(xiàn)表示，使用天然載色體非常困難，其必須被捕獲并同細(xì)菌隔離開，而且其工業(yè)化生產(chǎn)也非常昂貴。因此，崔團(tuán)隊(duì)在新試驗(yàn)中沒有使用生物載色體，而是使用染料卟啉制成的人工載色體。
