科学家推广土豆电池:比碱性电池便宜得多

我国储能网讯：科学家估计，一个普通土豆在水煮处理之后，足以让LED灯为一个房间供应40天的照明。一个用锌片和铜片制作的水煮土豆电池的发电成本约为9美元/千瓦时，比普通碱性电池便宜许多。

归根结底，土豆电池的电能并非来自土豆，而是源于锌(或其他用作负极的金属)在氧化过程中释放的电子。

用一个简单的技巧，普通的土豆可以被变成电池。土豆是如此的廉价多产，且分布广泛，而世界上又有那么多的地方依然没有电能，土豆是否就是解决问题的关键？然而科学家发现，在现实世界推广土豆电池比想象的更加困难。

水煮、烧烤、油炸？每个人都有自己喜欢的一款土豆菜肴。哈伊姆·拉宾诺维奇却独独希望用土豆发电。

过去几年，拉宾诺维奇和他在耶路撒冷希伯来大学的同事们一直在推广“土豆能源”，试图给那些未被电网覆盖的边远地区送去电力。将土豆连接上几块金属片、电线和LED灯泡，就可以为世界各地的穷乡僻壤供应廉价的照明。他们还发现了一个简单但聪明的方法，让土豆能源变得更加地高效。拉宾诺维奇宣称：“一只普通土豆在水煮处理之后，足以让LED灯为一个房间供应40天的照明。”这个点子听上去也许很荒谬，但却建立在坚实的科学基础之上。然而，拉宾诺维奇和他领导的小组发现，要在现实世界中推广土豆能源，远远比他们最初想象的更加困难。

虽然拉宾诺维奇的团队找到了新增土豆发电效率的方法，让一只土豆能够生产更多电能，但土豆发电的基本原理其实早在中学课本中介绍电池原理的章节中就已经提及。要用有机材料制作电池，你只要两块金属———一个充当正极(铜)，一个充当负极(锌)。土豆内所含的酸促使锌和铜发生反应，锌的电子被剥夺，流向铜，于是出现了电流。早在1780年，意大利生理学家路易吉·伽伐尼就发现了这一现象。他将两块金属连接到一只青蛙的腿上，出现的电流导致青蛙的肌肉抽搐。但是，你可以将很多的材料放在正负两极之间，获得同样的效果。和伽伐尼同时代的意大利物理学家亚历山大·伏特使用盐水浸泡过的纸为导电材料。其他人尝试过更简陋的“土制电池”，采用两块金属板和一堆土或一桶水。

在教导高中生电池原理时，土豆是最常使用的道具。然而，让拉宾诺维奇感到惊讶的是，从未有人研究过将土豆用作能源的可能性。因此，2010年，他决定亲自尝试，并找到两合作伙伴———加州大学伯克莱分校的博士生亚历克斯·戈尔德伯格和鲍里斯·拉宾斯基。

“我们尝试了20种不同品种的土豆，”戈尔德伯格解释说，“重点是研究它们的内部阻力，从而帮助我了解有多少能量以热的形式被浪费。”

他们发现，简单地将土豆水煮8分钟，可破坏土豆内部的有机组织，减少阻力，允许更加自由地电子运动———从而生产更多的电能。他们还尝试将土豆切成4至5片，将铜片和锌片夹在中间，制成电池组，从而增大发电量。戈尔德伯格说，“我们发现，我们可以将电能的产量新增10倍，由于成本的大幅削减，这个效率已经颇具经济前景。”

“虽然只是低压电能，”拉宾诺维奇说，“但足以制造一节电池，在没有连接电网的地方用于给手机或笔记本电脑充电。”

他们的分析显示，一个用锌片和铜片制作的水煮土豆电池的发电成本约为9美元/千瓦时。而普通1.5伏AA碱性电池的价格约为49-84美元/千瓦时。因此，土豆电池要便宜得多。和发展我国家普遍用于照明的煤油灯相比，土豆电池的价格只有1/6。这就引发了一个重要问题———为何土豆电池并没有得到大规模的推广使用？

2010年，全世界的土豆产量达到惊人的324181889吨。在世界130个国家，土豆都是头号非谷物类粮食，是数十亿人的重要淀粉来源。它们价格低廉，容易储存，可存放很长时间。全球12亿人生活在没有电网的地方，一个简单的土豆就可以解决电力问题———至少这是研究者们的美好理想。“我们以为公益组织会感兴趣，”拉宾诺维奇说，“我们以为印度的政客们会向穷人发放印有他们名字的土豆电池。每个土豆电池的价格还不到1美元。”

然而，他们的实验过去3年了，为何政府、公司、慈善组织还没有争相把土豆电池推广到世界各地？拉宾诺维奇推测，“简单的答案是，他们甚至不了解它的存在。”然而，真相可能要复杂得多。

第一个问题是，将食物用做能源。联合国粮农组织的高级自然资源官员奥利维耶·杜波伊斯说，用食物生产量源———比如用甘蔗生出现物燃料———必须防止消耗食物储备，防止和农民竞争。

“首先，你要了解，是否有足够的土豆用于食用？其次，此举是否会损害靠销售土豆为生的农民的利益？”他解释说，“假如土豆足够使用，不会危及土豆农的利益，还有剩余土豆，那么才要考虑下一个问题———它真的管用吗？”

在肯尼亚之类的国家，土豆是仅次于玉米的第二大粮食来源。内罗毕国际土豆中心的首席科学家埃尔玛·舒尔特·戈尔德曼说，2013年，小型农场生产了约1000万吨土豆，然而，其中约10%-20%由于缺乏销售市场和糟糕的储藏条件等问题而腐烂浪费。这些浪费掉的土豆完全可以被用作电池。

其他地方的情况又不尽相同。比如在斯里兰卡，当地出产的土豆稀少，价格昂贵。因此，不久前，卡拉尼亚大学的一队科学家决定尝试用一种更常见的野生作物———芭蕉———取代土豆。物理学家KD·加亚苏里亚和他领导的小组发现，水煮同样有助提高芭蕉的发电效率———效果最好的方法是在水煮之后将芭蕉切片。他们发现，水煮之后，一颗芭蕉供应的电能可供一个LED灯泡照明500小时。加亚苏里亚说，“我认为，土豆的电流更稳定一些，但芭蕉在我们这里却是免费的，经常被扔掉。”

虽然如此，依然有人怀疑土豆电能的可行性。“在现实生活中，土豆电池和你在商店购买的普通电池本质上是相同的，”马萨诸塞大学的德里克·洛夫利说，“它只是采用了不同的媒介。”虽然土豆可防止能源作为热量流失，但它并非能量之源———事实上，电池的能源来自锌的氧化所导致的电子流失。“金属不断的氧化变质，”洛夫利说，这意味着你必须替换掉锌片，当然，土豆(或芭蕉)也要替换。

然而，锌并非什么昂贵的金属。在大多数的发展我国家，它的价格相当便宜。加亚苏里亚争辩说，不管怎么说，土豆(芭蕉)电池依然比煤油灯便宜高效。一个锌电极可持续使用5个月，而价格仅相当于1升煤油。在斯里兰卡，平均每个家庭两天就要消耗1升煤油用于照明。当然你还可以选择其他在当地更廉价的金属，比如镁或铁。

然而，土豆倡导者们还必须克服其他的困难：消费者对土豆的看法。比较太阳能之类的现代技术，土豆无论怎么看都不像是诱人的能源。创建“1度太阳能”公司，专门在肯尼亚销售微型太阳能发电系统的高拉夫·曼昌达说，人们选择购买他们的产品并不仅仅因为效率和价格：“他们终究是消费者，必须看到产品的价值，不仅看中它的功能，也要考虑地位和面子问题。”归根结底，很多人会认为土豆电池太简陋，太土气，不值得向邻居炫耀。

然而，这一切都无法否定，土豆电池确实管用，而且价格便宜。土豆电能的倡导者们无疑会继续奋斗下去。