Хотя растения могут служить источником пищи, кислорода и декора, они не часто считаются хорошим источником электроэнергии. Но, собирая электроны, естественным образом транспортируемые внутри растительных клеток, ученые могут вырабатывать электричество как часть "зеленого" биологического солнечного элемента. Теперь исследователи, сообщающие в Применяемые материалы и интерфейсы ACS впервые использовали суккулентное растение для создания живого "биосолнечного элемента", работающего на фотосинтезе.
Во всех живых клетках, от бактерий и грибов до растений и животных, электроны перемещаются как часть естественных биохимических процессов. Но при наличии электродов ячейки действительно могут вырабатывать электричество, которое можно использовать извне. Предыдущие исследователи создавали топливные элементы таким образом с помощью бактерий, но микробы должны были постоянно питаться. Вместо этого ученые, включая команду Ноама Адира, обратились к фотосинтезу для выработки тока. Во время этого процесса свет вызывает поток электронов из воды, что в конечном итоге приводит к образованию кислорода и сахара. Это означает, что живые фотосинтетические клетки постоянно производят поток электронов, которые могут быть отведены в виде "фототока" и использованы для питания внешней цепи, точно так же, как солнечный элемент.
Некоторые растения - например, суккуленты, произрастающие в засушливых условиях, - имеют толстую кутикулу, удерживающую воду и питательные вещества в листьях. Янив Шлосберг, Гади Шустер и Адир хотели впервые проверить, может ли фотосинтез в суккулентах создавать энергию для живых солнечных элементов, используя их внутреннюю воду и питательные вещества в качестве раствора электролита электрохимического элемента.
Исследователи создали живую солнечную батарею, используя суккулент Корпускулярия леманнии, также называемый "ледяным заводом". Они вставили железный анод и платиновый катод в один из листьев растения и обнаружили, что его напряжение составляет 0,28 В. При подключении в цепь он вырабатывал до 20 мкА/см2 плотности фототока при воздействии света и может продолжать вырабатывать ток более суток. Хотя эти цифры меньше, чем у традиционной щелочной батареи, они характерны только для одного листа. Предыдущие исследования аналогичных органических устройств показывают, что последовательное подключение нескольких листьев может увеличить напряжение. Команда специально спроектировала живой солнечный элемент таким образом, чтобы протоны во внутреннем растворе листа могли объединяться с образованием газообразного водорода на катоде, и этот водород можно было собирать и использовать в других приложениях. Исследователи говорят, что их метод может способствовать разработке будущих устойчивых, многофункциональных технологий зеленой энергетики.
Авторы признают финансирование за счет гранта "Nevet" от Большой энергетической программы Техниона (GTEP) и гранта Техниона VPR Berman на исследования в области энергетики и поддержку Исследовательской лаборатории водородных технологий Техниона (HTRL).
Комментарии