Исследовательская группа из университете Бингемтона (Binghamton University) и Государственного университета Нью-Йорка (State University of New York) разработала новый тип биологической батареи, приведенной в действие специальными бактериями и полностью изготовленную из ткани. Эта батарея демонстрирует такую же эффективность, как и другие биобатареи , изготовленные на твердом основании, а ее выходной мощности достаточно для снабжения энергией малопотребляющих носимых электронных устройств и устройств, встраиваемых прямо в одежду человека. Эластичная природа волокон ткани, на которых размещены элементы биобатареи, определяет то, что эта батарея может быть многократно растянута, сжата или скручена без каких-либо заметных потерь ее электрических характеристик и проводимости.
По сравнению с традиционными химическими батареями и ферментативными топливными элементами, микробные топливные элементы могут стать более подходящим источником энергии для портативной электроники, ведь отдельные микроорганизмы, выступающие в роли биокатализатора, обеспечивают стабильные ферментативные реакции и имеют достаточно продолжительный срок жизни.
Единственным, в чем нуждаются биобатареи для работы, это в питательной среде для своих бактерий. При условии использования специальных генномодифицированных бактерий этой питательной средой может являться даже пот, выделяемый телом человека, или органические соединения, попадающие на ткань батареи из окружающей среды.
Бактерии с недавних пор стали очень популярны среди инженеров, так как они могут дать возможности, которые не смогут предоставить привычные материалы. Большая часть надежд на бактерий возлагается в области энергетики, так как при помощи бактерий можно строить микробные топливные элементы. В этот раз исследователи из Университета Бингемтона предлагают питать носимую электронику своими собственными бактериями при помощи гибкой растягивающейся ткани.
“Среди множества гибких и комплексных тканей на основе батарей и накопителей энергии, MFCs (микробные топливные элементы) являются, пожалуй, самыми неразвитыми для применения людьми, так как цитотоксичность микроорганизмов может вызвать проблемы со здоровьем”, — говорит Сеохун Чой: “Однако если учесть, что в организме человека больше бактериальных клеток, чем клеток человека, то прямое использование бактериальных клеток в качестве энергетического ресурса, взаимозависимого от человеческого организма, возможно для носимой электроники.”
“Пот, вырабатываемый организмом человека, может быть потенциальным топливом для поддержки жизнеспособности бактерий, обеспечивая долгосрочную работу микробных топливных элементов”, – предпологает Чой.
Чой исследовал возможности MFCs используя бактерии синегнойной палочки в качестве катализатора. Полученное устройство имеет максимальную мощность 6,4 мкВт см−2, что аналогично подобным устройствам на бумажной основе. Он также демонстрирует стабильную, долговечную работу даже при многократном изгибе формы.
«Структура состояла из анода и катода, помещенного в единую реакционную камеру без разделительной мембраны. Анодная камера была специально спроектирована таким образом, чтобы быть проводящей и гидрофильной для сбора электроэнергии из бактериальных клеток в жидкости, в то время как катод использовал пару оксида серебра и редокс серебра в качестве твердотельного материала для текстильной электроники.» — рассказал Чой.
Одним из преимуществ однокамерного мембранного подхода, который является отхождением от типичного дизайна батареи, является то, что он упрощает производство батареи. Используя подход пакетного изготовления, Чой и его команда смогли одновременно построить 35 отдельных устройств, и исследователи говорят, что такой подход может революционизировать массовое производство текстильных MFCs.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
