Salty ice 轉化為電力來源,效能提升 1,000 倍

在我們的日常生活中,冰通常被視為一種危險,因為它會使道路變得非常滑,行人走在上面也相當不安全。這種冰冷的水結晶形式,往往讓人們想要避而遠之。然而,最新的研究顯示,若能將冰彎曲並添加鹽,這個冬季的麻煩或許能轉變為一種可持續的能源來源。來自中國西安交通大學的研究團隊發現,冰具備一種稱為”彎曲電效應”(flexoelectric)的特性,這意味著當冰被彎曲時,它能產生電力。

過去,科學家在相撞的冰川或受壓的冰層中曾觀察到微弱的電活動,但一直未能找到能夠將這種效應提升至實用程度的方法,直到現在為止。這一突破的關鍵在於鹽冰。在實驗中,研究人員將水與不同量的普通食鹽(NaCl)結合,製作出不同形狀的冰樣本,如圓錐、梁和板材,然後測試其電輸出。

鹽使得隱藏的電流得以釋放。為了測量性能,研究團隊使用了三點彎曲測試,將冰放置在兩個支撐物上,並從上方施壓。這樣一來,樣本被彎曲,從而產生電力。結果顯示,彎曲鹽冰所產生的電荷量比純冰多出高達 1,000 倍。顯微鏡和拉曼光譜技術揭示了鹽造成如此重大差異的原因。鹽防止冰完全凍結,留下微小的鹽水通道。

當施加壓力彎曲冰時,這些液體便會流經通道。由於流動的水攜帶電荷,流動所產生的電流被科學家稱為流動電流。這一發現所帶來的潛力是相當可觀的。地球的表面約有 10% 被冰覆蓋。如果能夠加以利用,這片冰冷的土地將成為一個令人驚訝的新電力來源。研究團隊表示,「鹽水冰的高彎曲電性使得利用冰的能源夢想更進一步成為現實,並可能與冰覆蓋的地區及像歐羅巴或恩克拉多斯等冰冷海洋世界的電活動有關。」

然而,這些發現也伴隨著一些限制。鹽水冰裝置面臨機械疲勞的挑戰。在多次彎曲之後,其發電能力可能下降達 80%。此外,其效率也不及商業壓電裝置,因為在過程中相當一部分能量會以熱量的形式損失。儘管如此,這一潛力依然令人振奮。想像一下,從冰川、冰層或工程化的鹽水冰結構中產生的清潔電力,這對於冷區域來說,將是至關重要的,因為在這些地區,傳統能源的部署難度較大。

這一發現的影響不僅限於地球。類似歐羅巴和恩克拉多斯的冰冷衛星,科學家已經懷疑這些地方存在地下海洋,未來可能成為這一現象的天然實驗室。目前,這項研究仍處於早期階段,工程師需要找到方法來減少能量損失並提高耐用性。然而,這一發現重新定義了人們對冰的看法,不再僅僅是冰冷的危險,而是可持續能源轉型中的潛在夥伴。該研究成果已發表在《自然材料》期刊上。


Henderson
Henderson 主要擔任「炒稿記者」的職責,以翻譯最新科技,手機 電動車等消息為每天的工作。