Крошечные биобатареи размером с десятицентовую монету могли питать светодиодную лампу и цифровой термометр.
«Удалите каптоновую ленту и активируйте батарею». "Но капитан, этим батареям должно быть 100 лет!" — Они сработают, поверь мне.
Это может звучать как сцена из повторного показа «Звездного пути» , но на самом деле это может быть сцена, которая разворачивается где-то в будущем Земли. Это потому, что исследователи только что разработали батарею, которая может храниться до 100 лет, прежде чем ее можно будет успешно активировать. Секрет заключается в том, чтобы изолировать спящие бактерии до тех пор, пока не придет время их использовать для производства энергии.
Новая биобатарея основана на предыдущей работе, проведенной в Бингемтонском университете (BU), в которой исследовательская группа во главе с Сокхыном Чоем создала съедобную батарею , которая активировалась, когда чувствительная к рН мембрана растворялась в тонком кишечнике. Это привело к тому, что бактерии Bacillus subtilis ожили и начали производить споры — процесс, который генерирует достаточно электроэнергии для питания небольших датчиков, таких как камеры, которые можно использовать для мониторинга здоровья кишечника.
Батареи на основе бактерий известны как микробные топливные элементы или MFC, и Чой ранее создал версии, которые работали на собственных бактериях или слюне организма для выработки электроэнергии, а также версию, подобную оригами, которая работает на грязной воде .
В последнем раунде исследований команда Чоя (базирующаяся в Лаборатории биоэлектроники и микросистем BU) еще раз использовала способность бактерий оставаться в состоянии покоя до тех пор, пока не возникнут подходящие условия для функционирования. Однако на этот раз ученые сосредоточились на создании батареи, которая функционировала бы вне тела и была бы полезной даже после десятилетий хранения на полке.
«Мы хотели сделать эти биобатареи портативными, хранимыми и способными вырабатывать электроэнергию по требованию», — сказал Чой. «Проблема в том, как мы можем обеспечить долгосрочное хранение бактерий до их использования? И если это возможно, то как бы вы обеспечили активацию батареи по требованию для быстрого и легкого производства энергии? И как бы вы улучшили мощность? "
Чтобы ответить на эти вопросы, ученые поместили Bacillus subtilis в графеновый гидрогель, который превосходно поглощает влагу из воздуха. Затем они заклеили топливный элемент куском каптоновой ленты, которая может работать при температуре от -500 до 750 °F (от -296 до 399 °C). Как только лента была удалена, гидрогель направил влагу к бактериям, заставив их начать производить споры.
Через час у батареи было достаточно электричества для питания светодиодной лампы, термометра и небольшого цифрового гигрометра. Нагрев топливного элемента сократил время до полной мощности до 20 минут. Кроме того, после недели хранения при комнатной температуре активированная батарея потеряла всего 2% своей мощности.
Способность проработать неделю без потери мощности после активации, безусловно, впечатляет. Однако еще большую известность крошечной биобатареи дает тот факт, что, по мнению исследователей, она может оставаться в неактивированном состоянии до 100 лет и по-прежнему отлично функционировать, пока в воздухе достаточно влаги для активации бактерий. как только лента будет удалена.
Исследование финансировалось Управлением военно-морских исследований и было опубликовано в журнале Small .
Источник: Бингемтонский университет.