我曾经设想过这样一个太阳能发电装置。在烈日当空的晌午,我光着膀子站在阳光下,汗水顺着脸颊和手指流淌,我身下放着一个小烧杯收集起这些汗水,烧杯里,分别插着一块铜片和一块镁片,中间连上一个小灯泡。小灯泡就因此一直点亮着,陪伴我。这个装置的优点在于,发电的同时,可以把皮肤晒成古铜色,缺点在于比较考验毅力。
我把这个想法说给一个朋友听。事实证明拥有这样聪明的朋友是我的福气,他不仅一下子看到了核心问题,并且立即给出了解决方案:你不如用烧杯接几十毫升尿液,这可比流汗快多了。
我大呼有理:是啊,既然尿和汗都是电解质,又何必舍本逐末呢!可转念一想:这样一来,可跟太阳能就扯不上关系了,还能体现出新能源的价值吗?我的朋友又一次打消了我的顾虑:糊涂,这下虽然算不上太阳能了,但你可以说它是生物能源啊!我再次闻过则喜。
创意就像一个交际花,她们四处周旋,挑逗不同的研究者。这次,和我一同上钩的是Ki Bang Lee,来自新加坡生物工程与纳米科技研究所。他把我上文提到的设想——由尿液驱动的原电池——做成了一个卡片型的小器件,长宽分别是六厘米和三厘米,便于储存和携带。当然,Lee的工作完成于2004年,而我的想法诞生于昨天,理性的反省一下,这也没什么值得遗憾的。
器件构造如图所示,最下面一层是铜片,作为电池正极,上面是镁片,作为负极,中间夹着一层滤纸。滤纸在氯化铜溶液中浸泡过,之后晾干。使用的时候,取尿液滴在滤纸上,滤纸里的氯化铜分子重新在液体中被电离,发生原电池反应,铜片和镁片之间就有了电位差,可以用来驱动小功率的器件,比如生物传感器。而且用完即抛,简便卫生。这个电池可以稳压输出大约1个半小时,输出电压随负载变化有所变化,约为1伏左右,而输出功率接近1毫瓦,差不多可以点亮一个发光二极管。
实际上,即便是一滴清水,滴在上面也能发电,因为滤纸纤维上吸附了氯化铜,遇水形成的溶液的浓度远远高于尿液中盐的浓度,尿的成分并不会对发电过程产生本质上的影响。在目前来说,这个小装置游戏的意味更重些,不过,未来若能和一些尿检芯片集成在一起,应用前景就很广阔了。就尿液发电这个方向而言,我有一个终极理想。某天,车开着开着没油了,我并不慌张,找个隐蔽处停下车来,往油箱里尿上三四升,提好裤子回到车里,打火,走人。
(参考文献 Ki Bang Lee, J. Micromech. Microeng. 15 (2005) S210-S214)