土豆发电的原理

Question

如题所述

Answer 1

产生背景
神奇的土豆能发电
土豆发电图
1780年，路易吉?伽伐尼发现了这一机制，他将两片金属连接到青蛙的腿上，导致青蛙的肌肉抽搐。这种“动物电”也可以在动物体外被复制，你可以在两块金属极之间放上许多其他物质，获得同样的效果。
路易吉?伽伐尼同时代的亚历山德罗?伏打用的是浸盐水的纸。还有人曾制作出“泥土电池”，利用两个金属片和一堆土，或许还得加上一桶水。
过去，拉宾诺维茨及其同事一直在推动“土豆电源”的构想，试图用此来使人们放弃使用电网的能源。利用简单廉价的金属片、电线和LED灯泡，就可以为世界各地偏远的小镇和村庄提供照明。
他们发现了一种能让土豆发电的简单却又十分聪明的方法。来自耶路撒冷希伯来大学的拉宾诺维茨表示，一颗土豆就足够为一个房间的LED灯泡提供40天的电能。
拉宾诺维茨表示，这是种低能电池，但已经足够打造一块能给手机或笔记本充电的电池，特别是在那些没有电网覆盖，没有电能连接的地方。与发展中国家使用的煤油灯相比，土豆电池的成本也便宜了差不多1/6 。
技术原理
土豆发电示意图
土豆发电示意图
土豆电池的工作原理主要是需要两块金属，一块作为阳极，是电势低的电极，如锌；另一块作为阴极，是带正电荷的电极，如金属铜。土豆内部的酸性物质会与锌和铜发生化学反应，当电子从一端流向另一端时，电能就会释放。金属锌的化学性质比铜活泼，当这两种金属同时处在酸液中时，锌就会失去电子，这些失去的电子沿着导线传到铜片上，形成电流。
离子方程式：
Zn失去电子变成Zn ，故在锌片上发生的反应为：
Zn - 2e — Zn （氧化反应）
溶液中的H+在铜片上得到电子变成 H，故在铜片上发生的反应为：
2H + 2e — H（还原反应）
组成结构
土豆发电的组成，这种绿色高效能的电池由锌、铜电极和煮熟的土豆片制成的。土豆提供反应所需要的酸, 这使得电子从铜到锌的运动能够进行，作为电池两极的铜和锌分别来自铜钉和镀锌钉。每个土豆能产生大约0.5伏特的电压，电流0.2毫安左右。
马铃薯在煮熟后会在表面产生一个涂层，这个涂层是土豆电池的关键，因为希伯来大学的研究人员发现，提高土豆块涂层就增强了盐桥能力，因此有马铃薯涂层的电池产生的电能是无马铃薯涂层电池的十倍。也就是说，土豆煮熟后发电能力比煮熟前提高10倍左右，从而延长供电时间至数日甚至数周。
应用领域
这款绿色电池来源于耶路撒冷希伯来大学的相关技术开发，后能够通过多种方法产生电力。利用土豆产生的电能可支持照明、通信和信息传输的使用。而且价格低廉、简易使用，可以改善近16亿欠缺基础电力设施的人民生活。成本分析显示，新的电池比现有的商业电池如1.5 Volt D电池和Energizer E91电池便宜5到50倍。