Utworzono mikrobiologiczne ogniwo paliwowe działające na rożnie

Zespołu inzhenrov fizycy z Arabii Saudyjskiej i Stanów Zjednoczonych opracowali nową mikrobiologiczne ogniwo paliwowe jest mikrometrów wielkości. System miniaturowy składa się z kilku warstw grafenu, żywi się płynów (na przykład, śliny) i jest zdolna do dostarczania do 1 mW moc.

Technologia są mikroorganizmy - bakterie, które wytwarzają energię elektryczną z różnych odpadów. Rozkładają substancje organiczne, w trakcie którego Elektrony są uwalniane, które są przesyłane do anody. Elektrony przepływać przez obwód zewnętrzny do katody, a zatem generuje prąd elektryczny.

Miniaturowe ogniwa paliwowe zawierają zazwyczaj dwa aparaty fotograficzne, które są umieszczone na anodę i katodę rozdzielone półprzepuszczalną membraną. Problemem w tej konstrukcji jest to, że komora katodowa konieczne jest regularne uzupełnienia świeżego akceptorów elektronów, na przykład, który daje żelazocyjanek b większej gęstości mocy niż w bardziej dostępne i mniej toksyczne środki wiążące, takie jak tlen. Ta ostatnia, w sposób wcześniej stosowane tylko w wytwarzaniu ogniw paliwowych drobnoustrojów na dużą skalę.

Teraz zespół badawczy kierowany przez Muhammada Husajna (Muhammad Hussain) od King Abdullah University of Science and Technology w połączeniu z University of Pennsylvania kolegami założył ogniwo paliwowe na bazie grafenu i gumy wielowarstwowej. Urządzenie zawiera również katody powietrza, po raz pierwszy w tej maleńkim systemu.

Nowy mikrobiologiczne ogniwo paliwowe ma prostą konstrukcję i miniaturowy rozmiar (fot Bruce Logan, Penn State).

Co jeszcze ciekawsze, Husajn i jego współpracownicy zdołali pozbyć się membrany, co upraszcza konstrukcję i pozbyć się wewnętrznego oporu.

Graphene wielkość anoda została zmniejszona do kwadratu o boku 1 cm (w postaci folii). Następnie naukowcy umieszczone między katodą i anodą gumową uszczelką o grubości 1 mm z tego samego obszaru. Po zakończeniu cięcia w środku kwadratu siatki 5 mm, która służyła jako uszczelkę komory anodowej 5. Po obu stronach uszczelki gumowej wprowadzoną igłę ze strzykawki do wstrzykiwania śliny w urządzeniu.

"Korzystanie z gumy daje nam jeszcze jedną zaletę: urządzenie staje się elastyczna i może być dołączony do niemal każdej powierzchni. Ponadto, katoda powietrza eliminuje potrzebę stosowania środków chemicznych do laboratorium"- Husajn powiedział.

Pomimo faktu, że ślina jest głównie woda, to zawiera nieorganiczne i organiczne związki, takie jak glukoza. Bakterie mogą wykorzystać je jako paliwo. Po przetestowaniu urządzenia, naukowcy odkryli, że produkuje większą gęstość prądu niż jakiegokolwiek innego istniejącego analogowego - 1190 amperów na metr sześcienny.

Tylko jedna anoda grafenu folii wytwarza 40 razy więcej energii niż konwencjonalny anoda wykonana z materiału węglowego. Wszystko to stało się możliwe dzięki wyjątkowych cech elektrycznie przewodzącego grafenu, które pozwalają przenieść elektrony za pośrednictwem łańcucha większym.

Schematyczne przedstawienie konstrukcji ogniw paliwowych (Vector Bruce Logan, Penn State).

"Nasze badania jest pierwszy wykazać, że wydzielanie śliny, i prawdopodobnie innych wysoce stężonych paliwa organiczne mogą być stosowane do zasilania urządzenia bioelektroniczne. Produkujących prawie 1 moc mikrowat nasze ogniwo paliwowe jest już wystarczająco wydajny do zasilania małej mocy lab-on-a-chip"- Husajn powiedział.

Naukowcy zwracają uwagę, że ich technologia będzie przydatna do tworzenia testów dla owulacji. Wiadomo, że podczas owulacji śliny przewodność gwałtownie spada, prawdopodobnie ze względu na zwiększenie zawartości estrogenu. Nowe ogniwo paliwowe będzie mierzyć zmiany tego wskaźnika w celu określenia maksymalnego okresu płodności samic.

"Energia wytworzona przez urządzenie, mogą być wystarczające dla transmisji na smartphone. Okazuje się technologię planowania rodziny wygodne i niedrogie"- mówi Hussein.

Obecnie fizycy poszukują sposobów na zwiększenie mocy urządzenia do zakresu miliwata. Najprawdopodobniej, na które będą uaktualnienia katodę powietrza.