鹽冰組合開闢零廢棄物發電新途徑，為寒冷環境能源獲取帶來希望

科學家們最近發現，僅僅是鹽、冰和機械應力的簡單組合，竟然能夠產生無廢棄物的電力，這為從冰凍環境中收集可再生能源開闢了全新的可能性。研究人員於9月15日在《自然材料》（Nature Materials）期刊上發表報告指出，利用重量約佔25%鹽分的鹽水冰塊，製成比黑胡椒粒還小的錐形體，即可產生約1毫伏的電位差。

若將2,000個這類錐體排列成陣列，理論上可產生約2伏特的電壓，這足以點亮一顆小型紅色發光二極體（LED）。這項發現為利用自然界中常見的物質，實現清潔能源的獲取提供了一個令人振奮的視角。

這種發電現象的核心機制被解釋為「彎曲電效應」（flexoelectric effect）。這是一種物理現象，指的是當固體材料受到非均勻的機械形變時，材料內部會產生電電荷。雖然純冰的彎曲電效應非常微弱，可能與雷電等大氣電現象有關，但一旦加入鹽分這種常見的雜質，冰塊便能成為更為高效的電流產生器。

物理學家溫鑫（Xin Wen）及其同事們進一步推動了這項研究。他們將鹽水凍結成錐形和梁狀結構，隨後利用精密儀器對這些鹽冰結構施加彎曲力，並精確測量所產生的電荷量。實驗結果顯示，錐形結構比梁形更能承受較大的外力並產生更高的電壓。此外，較小的錐體在受到應力時，其誘發的電輸出反應更為顯著。因此，由微小錐體組成的陣列，極具潛力放大鹽冰結構的總體發電能力。

其背後的運作原理涉及冰晶粒之間夾帶的奈米級液態鹽水層。當冰塊受力彎曲時，壓力梯度會驅使帶電的鹽水從受壓區域流向受拉伸區域。由於鹽水中含有帶正電的離子（陽離子），這些離子的移動便形成了流動的電流。這種「流動彎曲電效應」因鹽分對冰的微觀結構產生影響而得到顯著增強——鹽分能使冰晶粒尺寸變小、增加鹽水通道的厚度，並改變水分子的行為，從而提升介電特性和離子傳輸效率。

儘管目前產生的電能輸出仍然相對有限，但這項突破性發現表明，在寒冷地區，鹽冰或許可以作為一種可再生的能源供應來源，為低功耗的感測器或其他小型設備提供電力。然而，若要將此技術擴展到為日常電子產品充電，挑戰依然巨大；舉例來說，為一部智慧型手機充電，可能需要面積高達數十甚至上百平方米的鹽冰塊。

總體而言，對天然鹽冰中彎曲電效應的新理解，不僅推動了潛在的可持續能源解決方案的發展，同時也為地球物理現象提供了新的解釋視角。更重要的是，這項研究成果或許能為太陽系中其他擁有廣闊鹽冰覆蓋表面的天體，例如木衛二（Europa）或土衛二（Enceladus）上的能源探測提供重要的參考依據。