Нанесение цианобактерий на энергоячейку. Фото: Софья Зенкова / СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
Российские ученые представили новую технологию, обещающую стать одним из перспективных направлений возобновляемой зеленой энергетики будущего. Легкая и компактная батарея, заряжаемая от цианобактерий, подходит для питания самых разных типов электроники: от гаджетов до сложнейшего промышленного оборудования. Авторами проекта стали молодые специалисты Инжинирингового центра ЦМИД и кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) ЛЭТИ при участии коллег из Ресурсного центра Санкт-Петербургского университета «Культивирование микроорганизмов».
Новая компактная батарея представляет собой многослойную структуру. В ее основе ― квадратная подложка из обычного полипропилена. Толщина подложки ― 1 мм, а ее размер примерно сравним с размером спичечного коробка. Расположение элементов на устройстве распределяется с помощью специального трафарета. Используя методы струйной печати, на подложку наносят углеродные нанотрубки (в составе капли специальных чернил), формируя таким образом будущие электроды энергоячеек. Для повышения выходных характеристик на аноде также использовали дополнительный материал: гидрофильную углеродную ткань. Эта модификация позволяет нанести больше цианобактерий: таким образом, одна их часть оказывается на поверхности, а другая ― проникает внутрь. Получившаяся пористая структура может напитываться водой, которую как раз и потребляют знакомые многим цианобактерии (в данном случае ― рода Synechocystis), формируя тонкую пленку следующего слоя «сэндвича». Бактерии наносятся на поверхность устройства при помощи методов струйной печати: с помощью нескольких капель воды, в которой микроорганизмы и обитают. Подключив к такой многослойной системе нагрузку в 39 кОм, ученые смогли получить электрическую энергию.
Такой источник энергии весьма перспективен, ведь в мире уже давно предпринимаются попытки заменить традиционные нефть, газ и уголь, использующиеся сегодня повсеместно для нагревания воды и, соответственно, получения электричества. Бактериальная энергия наряду с другими альтернативными источниками (ветровыми, солнечными, геотермальными и пр.), считается экологически чистой. Для автономной работы новой батарейки в течение нескольких часов требуются лишь свет и вода.
О новой технологии корреспонденту «Научной России» рассказала разработчик проекта выпускница факультета электроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Софья Зенкова.
«Цианобактерии ― живые организмы, обитающие в водной среде. Они напитываются и отдают свои электроны благодаря свету, солнечной энергии. В нашем эксперименте мы использовали искусственный источник света. Для того, чтобы напитать цианобактерии, нам хватало от десяти минут до получаса. Мы напитывали и передавали электроны с помощью электролита ― специальной закрывающей гидрогелевой поверхности. <…> Конечно, ток не появится просто так: мы подключали нашу батарейку к определенной нагрузке, в 39 кОм. В результате, после многих повторений, мы получили напряжение в 0,4 В, используя при этом 25 мкл цианобактерий. <…> Мы создали одну батарейку, но дальнейшие наши исследования будут проводиться уже с использованием нескольких структур и подключением нескольких ячеек подряд», ― рассказала Софья Зенкова.
Подробнее ― в нашем видео.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ