面對能源轉型的產業現況,對於儲電裝置的需求日益大增。如今的電池體積已縮小至可以讓人隨身攜帶,在科技進展中扮演著重要的角色。

2019 年的諾貝爾化學獎即是頒發給三位研究鋰離子電池的科學家,John B Goodenough、M Stanley Whittingham 和 Akira Yoshino。目前市面上的電池基本上是以金屬作為電子流通的媒介,那你有想過,一開始電池的發想來源竟是從生物身上找到靈感的嗎?

電鰻成電池始祖?

在 1800 年代,義大利的科學家亞歷山德羅沃爾塔  Alessandro Volta ,也就是如今電壓單位名稱由來的「伏特」。他觀察到電鰻身上可以發出電力,因此想要模仿電鰻的能力、從電鰻身上得到儲存電力的靈感。

沃爾塔發現電鰻身上發電用的器官是以多個小元件疊合而成,就像是一疊硬幣,因此沃爾塔將多種不同的金屬裁切成硬幣狀的圓盤,並將這些圓盤以不同的順序相互疊加,中間加上鹽水與非金屬物質等介質,希望能由此產生電力。

最終皇天不負苦心人,沃爾塔成功試出將銅盤與鋅盤疊合,中間以沾了鹽水的紙片間隔時,即能產生電力。同時沃爾塔也發現,當疊層越高時,產生的電力也越多。如此的成功讓沃爾塔將他發明的電池稱為「人工電力器官」,誠如現今仿生科技的始祖。

電鰻的發電方式真的跟電池一樣?

然而,即使沃爾塔對於現代儲電裝置發展的貢獻功不可沒,電鰻卻不能算是真正的功臣,因為沃爾塔發明出的發電裝置,其實跟電鰻的發電方式一點關係都沒有。

電鰻發電的方式比起金屬間的相互作用,其實更接近人類的神經系統。如同神經系統傳遞訊息一般,電鰻的發電器官將離子送出半透明的細胞膜屏障,造成膜內外的電荷差,進而產生電流。

電鰻平時用來攻擊獵物的電壓與一般民眾家中的 110 伏特其實相當接近,但實際效用卻大不同。電鰻不會將獵物電死,而是震懾而已,因此雖然能產生 110 伏特左右的電壓,電流卻出奇的小,大約只有 1 安培。

新型態電鰻發出的電力,再次刷新世界紀錄

儘管現今實際的電池發電方式與電鰻不相同,沃爾塔仍然是發明電池的始祖。如同 2019 獲頒諾貝爾化學獎的鋰電子電池,基本的原理也仍與沃爾塔的發明大致相似,仍是利用金屬之間電子的流動產生電力。

為了因應現今科技的要求,科學家們對儲電裝置的期待也越來越針對小體積、大容量。在各界的科學家如火如荼的研究時,反而是生物學家這一方先有了進展。

美國的 Smithsonian Institution 在南美發現了一種新型態的電鰻,可以一次發出 860 伏特的電力,這比之前的金氏世界紀錄保持鰻發出的 650 伏特高出了很大一截,也讓離鋰電池的科學家們完全甘拜下風,因為目前單個鋰電子電池能發出的電壓,還只有小小的 4.2 伏特。

看來,即使人類誤打誤撞發現了電力的秘密,要跟上自然界前輩的腳步,還有很長一段路要走。

參考資料:Fast CompanyBBC News;首圖來源:Flickr