Технология сбора энергии извлекает электричество из воздуха

Технология сбора энергии извлекает электричество из воздуха

Простая бактерия, обнаруженная в речной грязи, на самом деле является динамо-машиной для сбора энергии. Новое исследование показывает, что белковые нити микроба Geobacter sulfurerenducens можно превратить в устройство толщиной с бумагу, которое потребляет электричество из влажного воздуха. Эта инновационная возобновляемая энергия , которая случайно появилась в лаборатории, работает в воздухе с нормальной влажностью окружающей среды (от 40% до 50% относительной влажности), но также работает и в таком сухом воздухе, как в пустыне Сахара, или в таком же влажном, как во Флориде.

«Мы нашли способ непрерывно производить электричество из окружающей среды в любом месте и в любое время», — говорит инженер-электрик Джун Яо, доцент Массачусетского университета в Амхерсте.

В лабораторных экспериментах Яо и его команда соединили 17 пленок для сбора энергии, чтобы произвести электричество 10 вольт, которого достаточно для питания мобильного телефона. Он говорит, что, поскольку влажность повсеместна, это решение для возобновляемых источников энергии может производить электричество днем ​​и ночью, независимо от условий окружающей среды. Его также можно складывать вертикально, чтобы занимать меньше места, например, чем солнечные батареи. Он и его команда опубликовали свое исследование в феврале 2020 года в журнале 24journal .

Основываясь на плотности энергии в тонкой пленке, Яо оценивает, что многослойное устройство размером с холодильник могло бы обеспечить энергией средний дом при условии, что в окружающей среде есть необходимая влажность. Он предполагает, что стеки будут превращены в самые разные формы, от художественных и футуристических до тех, которые органично вписываются в окружающую среду. «Возможности безграничны», — говорит он.

Случайное открытие

Яо и его команда не намеревались изобрести устройство возобновляемой энергии. Это произошло случайно после того, как коллега из университета, микробиолог Дерек Ловли, познакомил Яо с микробом Geobacter и описал, как он выращивает крошечные проволочки из белка, чтобы передавать заряды другим микробам. Когда Ловли показал Яо изображения белковых нанопроволок, Яо сказал, что он был поражен бактерией. «Я не знал, что он существует или что он проводящий», — говорит он.

Как инженер-электрик Яо полагал, что очевидным применением белковых нанопроволок было превращение их в носимый датчик здоровья, который мог бы, например, отслеживать частоту дыхания человека или степень увлажнения кожи или определять, насколько хорошо заживает рана. Яо нанял тогдашнего аспиранта первого курса, Сяомэн Лю, чтобы проверить возможность создания такого устройства, поместив тонкую пленку из нанопроволок между двумя электродами, подключенными к электрической розетке, а затем измерить, сколько заряда проводят нанопроволоки.

Случайно Лю забыл подключить устройство через день, но заметил, что устройство все еще получает питание и может подзарядиться. После проведения некоторых исследований и исключения нескольких объяснений, ученые обнаружили, что, когда они поместили устройство с белковой нанопроволокой в ​​камеру и снизили влажность, ток уменьшился.

После воздействия на устройство сбора энергии различных уровней влажности команда обнаружила, что оно работает в широком диапазоне влажности в разных географических условиях. Пока часть пленки подвергается воздействию воздуха и может поглощать влагу, возникает градиент влажности, при котором молекулы воды постоянно диффундируют внутрь и наружу. В этом месте начинают накапливаться заряды. Разница в заряде между верхней и нижней частью пленки заставляет электроны течь, сказал Яо Science . Его коллега Дерек Ловли предложил назвать устройство Air Gen.

Делать больше

Расчеты показали, что они могут увеличить сбор энергии, собирая вместе больше устройств, точно так же, как соединение многих солнечных панелей в солнечные элементы. Для этого им потребовалось больше белковых нанопроволок из бактерий. Но вырастить огромное количество микробов Geobacter, чтобы собрать их нанопроволоки, сложно. Эти бактерии живут в среде, в которой почти или совсем нет кислорода, поэтому для их культивирования в лаборатории требуется дорогая камера, которая может создать анаэробные условия.

Ловли, открывший микробы, обнаружил, что он может генетически сконструировать легко выращиваемую бактерию Escherichia coli для производства белковых нанопроволок того же диаметра и проводящей способности, что и у Geobacter. Они также прочные. Яо говорит, что нанопроволока из органического белка более прочная, чем из неорганических веществ, таких как кремний. Ловли провел эксперименты, показавшие, что нанопроволоки остаются стабильными в жестких растворах, от уксуса до соленой воды, которые быстро разъедают металл.

«Это привлекательно с точки зрения практической реализации», — говорит Яо.

Он говорит, что устройству можно придать интересные формы, чтобы создать вид искусства или даже слиться с окружающей средой. Представьте себе электростанцию, которая на первый взгляд выглядит, например, как фруктовый сад.

По словам Яо, остается много вопросов по поводу белковых нанопроволок. Некоторые из них касаются фундаментальных механизмов и причин, по которым они действуют именно так. Никто точно не знает. Другие вопросы связаны с эффективностью этой новой зеленой технологии и открытием ее верхних пределов. Но это то место, где процветает Яо.

«С точки зрения исследования это хорошо, потому что мы хотим продолжить изучение этого вопроса».

Оцените статью

Андрей Козлов, эксперт и автор статей telebox.club.
Статьи о технологиях пишет более 15 лет.

andreykozlov07@gmail.com

Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Технология сбора энергии извлекает электричество из воздуха
108 Мп, 144 Гц, 5000 мА·ч, 33 Вт. Стартовали продажи доступных флагманов Xiaomi Mi 10T и Mi 10T Pro в России