Вчені з США створили новий тип біобатареї, яка виробляє струм за допомогою живих бактерій. Джерелом натхнення для розробки стала будова людського тонкого кишківника.
Читайте також:
300 годин без зупинки. Німецькі хіміки навчили цинково-повітряні батареї перезаряджатися Результати експерименту опублікували в науковому журналі Small. Завдяки копіюванню форми кишкових ворсинок інженери змогли збільшити виробництво електрики у понад вісім разів порівняно зі звичайними плоскими зразками.
Пристрій належить до мікробних паливних елементів. У таких системах мікроорганізми переробляють органічні сполуки і в процесі життєдіяльності виділяють вільні електрони. Електрод уловлює їх і спрямовує у зовнішній ланцюг, утворюючи струм.
Головною проблемою подібних технологій завжди була мала площа електродів. На плоских пластинах бактеріям не вистачає місця, а пористі губки швидко забиваються бактеріальним слизом. У результаті поживні речовини перестають доходити до мікробів, і виробництво енергії падає.
«Пористі матеріали легко забиваються біоплівкою, тому ми мали постійні проблеми з доставкою живлення та накопиченням відходів.
Нам був потрібен біоелектрод, який копіює живу тканину: гнучкий, з великою площею поверхні та вільним рухом рідини», — зазначив керівник лабораторії біоелектроніки професор Сокхин Чой.
Вихід підказала анатомія людини. Стінки тонкого кишківника вкриті мільйонами мікроскопічних ворсинок, які багаторазово збільшують площу всмоктування і водночас не заважають руху рідини навколо.
Вчені відтворили цю форму за допомогою гнучких стовпчиків зі струмопровідного гідрогелю на основі графену та полімерів. Усередину матеріалу помістили сплячі спори бактерії Bacillus subtilis. Коли на штучні ворсинки потрапляє рідке живлення, бактерії прокидаються і починають безперервно віддавати електрони.
Під час випробувань нова система видала 66,45 мікровата на кубічний сантиметр об'єму і стабільно тримала напругу 0,75 вольта протягом 14 годин. Звичайний плоский електрод у тих самих умовах показав у вісім разів скромніший результат.
Потужності в мікровати недостатньо для заряджання смартфонів чи живлення звичайної техніки. Проте розробники бачать для неї інше важливе застосування: автономний моніторинг каналізаційних мереж.
Стічні води містять тонни органіки, яка слугує постійною їжею для бактерій. Гнучкі пластирі з штучними ворсинками можна кріпити на вигнуті стінки труб під землею, забезпечуючи довічним струмом екологічні датчики без використання звичайних батарейок.
Читайте також:
Новий стан матерії. Вчені описали потенційне існування часової рідини
