Инженеры разработали микробные топливные элементы, которые можно сгибать и скручивать без ухудшения характеристик. Этого удалось добиться благодаря использованию тканевой подложки, сообщается в работе, опубликованной в журнале Advanced Energy Materials.
Помимо аккумуляторов существуют и другие электрохимические источники тока — топливные элементы. В них электрический ток образуется за счет химических реакций, в результате которых высвобождаются электроны, попадающие в электрическую цепь. В отличие от аккумуляторов, топливные элементы работают за счет топлива, которое подается извне. Они могут использоваться в самых разных сферах — например, водородные топливные элементы используются в автомобилях.
Существуют и микробные топливные элементы, в которых преобразование топлива происходит за счет микроорганизмов. Как правило, такие элементы состоят из двух камер (андоной и катодной), разделенных протонной мембраной, которая пропускает ионы водорода, образующиеся во время химической реакции, но не пропускает при этом электроны.
Ученые из Бингемтонского университета разработали однокамерный безмембранный микробный топливный элемент на основе ткани. Процесс производства происходит следующим образом. В качестве основы берется эластичная ткань из полиэстера и полиуретана, и на две ее стороны с помощью трафаретной печати наносятся анод и катод. Анод состоит из камеры с бактериями синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa), которые служат биокатализатором. Катод, в свою очередь, состоит из смеси серебра и оксида серебра для окислительно-восстановительных реакций. И катод, и анод, покрываются углеродом, который служит в качестве токоприемника.
Во время работы топливного элемента на аноде происходит выработка протонов и электронов, которые восстанавливают оксид серебра, но, поскольку он имеет пористую структуру, которая пропускает кислород, серебро снова окисляется. Движение электронов между анодом и катодом обеспечивает выработку электричества.
Исследователи протестировали электрохимические и механические характеристики такого топливного элемента. Его максимальная мощность составила 6,4 микроватта на квадратный сантиметр, а плотность тока 52 микроампера на квадратный сантиметр. Исследователи утверждают, что эти характеристики не изменяются даже после сильного растяжения или скручивания. В качестве возможно применения они рассматривают такие топливные элементы на основе ткани, как источник тока для носимых устройств, который будет вырабатывать электричество из пота.
Недавно британские исследователи научились печатать на струйном принтере биофотовольтаические панели, в которых активным элементом являются бактерии, расщепляющие воду за счет фотосинтеза. А другая группа исследователей из Великобритании создала на основе микробного топливного элемента плавающего робота, добывающего энергию для своего движения из окружающей воды.
Григорий Копиев