Материалы портала «Научная Россия»

Крошечный микробиотопливный элемент работает от слюны

Крошечный микробиотопливный элемент работает от слюны
Ученые создали крошечный, размером с ноготь микробный топливный элемент , который работает на слюне. Батарейка генерирует 1 микроватт мощности. Этого достаточно, чтобы обеспечить зарядкой микрочип в диагностических приборах в сельской местности или на пол

Обычные микробные топливные элементы содержат катодные и анодные камеры, разделенные протон-обменной мембраной. На аноде анаэробные бактерии разрушают органические вещества от жидкостей, выпуская углекислый газ, электроны и протоны. Электроны текут к катоду через внешнюю цепь, в то время как протоны проходят через мембрану. Работающие на заводах или водоочистных установках микробные топливные элементы могут производить чистую воду и электричество, защищая окружающую среду от загрязняющих веществ.

Новые батарейки не что иное, как двоюродные родственники литровых топливных элементов. Но эти 25-микролитровые устройства имеют принципиально иную конструкцию, благодаря уникальным, тщательно подобранным электродам и источникам топлива, говорит Мухаммад Хусейн, профессор электротехники в  университете науки и технологии короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии. Хусейн и его коллеги из KAUST и Penn State University недавно опубликовали результаты своих исследований в журнале Nature Asia Materials.

Обычные микробные топливные ячейки имеют аноды и катоды на основе углерода, изготовленные из угольных щеток или углеродной ткани. Важным требованием для электродов является быть проводящими и иметь высокое соотношение поверхности к объему, так, чтобы большинство бактерий имели доступ к отходам.

Графен отвечает всем этим условиям, поэтому исследователи KAUST используют его для изготовления анода. Воздушный катод   используется тот же, что и в крупных микробных топливных элементов. Самое главное - исследователи избавились от дорогостоящей мембраны. "Мы полагали, что нам не нужна мембрана, нужно просто перенести анод и катод как можно ближе, всё становится намного легче на микроуровне", - говорит Хусейн. "В то же время, текущее поколение зависит от внутреннего сопротивления всех топливных элементов. Без мембраны мы уменьшили сопротивление ".

Ученые начинали с сантиметрового листа графена. Они помещают резиновую прокладку с теми же размерами сверху и прорезают отверстие 5х5 мм в центре прокладки. Отверстие действует как анодная камера. Исследователи загружают устройство с бактериями из сточных вод и затем добавляли слюну с помощью шприца, по обе стороны от резины. Устройство может  легко работать и на пластике.

Ацетат является общим источником топлива для микробных топливных элементов. Но Хусейн и его коллеги хотели добиться легкодоступное топливо, поэтому они используют слюну. "У солдат на поле боя нет времени, чтобы добывать химические вещества для топливных элементов ",  - говорит ученый. «Люди в сельской местности не имеют доступа к специальным реактивам. Проще всего - слюна. Содержание  в слюне органики значительно выше, чем в известных химических веществах, таких как ацетат, что делает его хорошим источником топлива ".

tiny

Устройство генерирует более высокие плотности тока, чем другие микронного размера микробные топливные элементы, созданные до сих пор. Графеновый анод также генерирует в 40 раз больше энергии, по сравнению с его коллегой из углеродной ткани.

Исследователи в настоящее время изучают пути увеличения мощности своего устройства, сделав более эффективные электроды и нанизывая по несколько ячеек в серии.

Источник: spectrum.ieee.org

крошечный микробный топливный элемент микрочип в диагностических приборах работает на слюне

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий