產生背景
1780年,路易吉・伽伐尼發現了這一機制,他將兩片金屬連線到青蛙的腿上,導致青蛙的肌肉抽搐。這種“動物電”也可以在動物體外被複製,你可以在兩塊金屬極之間放上許多其他物質,獲得同樣的效果。
路易吉・伽伐尼同時代的亞歷山德羅・伏打用的是浸鹽水的紙。還有人曾製作出“泥土電池”,利用兩個金屬片和一堆土,或許還得加上一桶水。
過去,拉賓諾維茨及其同事一直在推動“土豆電源”的構想,試圖用此來使人們放棄使用電網的能源。利用簡單廉價的金屬片、電線和LED燈泡,就可以為世界各地偏遠的小鎮和村莊提供照明。
他們發現了一種能讓土豆發電的簡單卻又十分聰明的方法。來自耶路撒冷希伯來大學的拉賓諾維茨表示,一顆土豆就足夠為一個房間的LED燈泡提供40天的電能。
拉賓諾維茨表示,這是種低能電池,但已經足夠打造一塊能給手機或筆記本充電的電池,特別是在那些沒有電網覆蓋,沒有電能連線的地方。與開發中國家使用的煤油燈相比,土豆電池的成本也便宜了差不多1/6 。
技術原理
土豆電池的工作原理主要是需要兩塊金屬,一塊作為陽極,是電勢低的電極,如鋅;另一塊作為陰極,是帶正電荷的電極,如金屬銅。土豆內部的酸性物質會與鋅和銅發生化學反應,當電子從一端流向另一端時,電能就釋放。金屬鋅的化學性質比銅活潑,當這兩種金屬同時處在酸液中時,鋅就會失去電子,這些失去的電子沿著導線傳到銅片上,形成電流。
離子方程式:
Zn失去電子變成Zn ,故在鋅片上發生的反應為:
Zn - 2e — Zn (氧化反應)
溶液中的H+在銅片上得到電子變成 H,故在銅片上發生的反應為:
2H + 2e — H(還原反應)
組成結構
土豆發電的組成,這種綠色高效能的電池由鋅、銅電極和煮熟的土豆片製成的。土豆提供反應所需要的酸, 這使得電子從銅到鋅的運動能夠進行,作為電池兩極的銅和鋅分別來自銅釘和鍍鋅釘。每個土豆能產生大約0.5伏特的電壓,電流0.2毫安左右。
馬鈴薯在煮熟後會在表面產生一個塗層,這個塗層是土豆電池的關鍵,因為希伯來大學的研究人員發現,提高土豆塊塗層就增強了鹽橋能力,因此有馬鈴薯塗層的電池產生的電能是無馬鈴薯塗層電池的十倍。也就是說,土豆煮熟後發電能力比煮熟前提高10倍左右,從而延長供電時間至數日甚至數周。
套用領域
這款綠色電池來源於耶路撒冷希伯來大學的相關技術開發,後能夠通過多種方法產生電力。利用土豆產生的電能可支持照明、通信和信息傳輸的使用。而且價格低廉、簡易使用,可以改善近16億欠缺基礎電力設施的人民生活。 成本分析顯示,新的電池比現有的商業電池如1.5 Volt D電池和Energizer E91電池便宜5到50倍 。