Новая "микробная батарея" из ткани будет заряжаться от человеческого пота
Батареи, работающие за счёт бактерий, уже приобрели широкую известность. Однако топливные элементы такого рода пока что изготавливаются преимущественно из бумаги.
Специалисты из Университета Нью-Йорка в Бингемтоне даже поговаривают о новом разделе электроники под названием пейпертроника. Так, в предыдущих работах они показали, как топливные элементы такого рода работают от "микробного дыхания".
А в ходе новой работы команда расширила возможности электроники и создала биохимическую батарею на основе текстиля. По словам авторов, их разработка – это предшественник полноценной носимой биоэлектроники, интегрированной в одежду.
"Существует явная потребность в гибкой и растяжимой электронике, которая может быть легко интегрирована в привычные материалы. Такая электроника должна работать надёжно даже при изменении формы, например, при движении тела носителя", — рассказывает ведущий автор работы Сокхын Чхве (Seokheun Choi).
По его словам, гибкая текстильная электроника идеально подходит для выполнения заявленных задач. Эта технология возобновляемая и экологически безопасная, к тому же она может удовлетворить все потребности пользователя.
Изготовление новой батареи происходит следующим образом: все компоненты интегрируются в лист подложки, то есть ткани. Биокатализатором процессов генерации электричества в такой батарее выступают бактерии синегнойной палочки.
Топливный элемент состоит из анода и катода, помещённых в одну реакционную камеру без разделительной мембраны. Такая конфигурация значительно упрощает процесс изготовления, отмечают учёные. Анодная часть проводящая и гидрофильная, так как собирает электроэнергию от бактериальных клеток в жидкости. А твёрдотельный катод выполнен из оксида серебра и серебряной редокс-пары.
Если создавать одежду с интегрированными в неё элементами, потенциальным "топливом" для них может стать человеческий пот, добавляют авторы. В этом случае работу топливного элемента запустят микроорганизмы, содержащиеся в поте человека. Они станут инициаторами окислительно-восстановительных реакций. В ходе них при обмене электронами между молекулами будет генерироваться электричество.
Учитывая, что бактериальных клеток у людей больше, чем собственных клеток тела (3.8×1013 и 3.0×1013 соответственно), использование первых в качестве энергетического ресурса, который напрямую зависит от тела и наоборот, выгодно для электроники, отмечает Чхве.
Кстати, в предыдущей работе с бумажными батареями его команда также показала, как этот процесс работает со слюной.
Инженеры отмечают, что их новая батарея на основе текстиля по мощности не уступает бумажным аналогам: в ходе испытаний исследователи получили мощность в 6,4 микроватта на квадратный сантиметр.
Новинка также продемонстрировала способность стабильно вырабатывать электричество, даже когда её постоянно растягивали и скручивали (как показано на главном фото).
Используя подход "пакетной обработки", исследователи создали сразу 35 отдельных устройств. Таким образом, они показали, что производство тканевых топливных элементов очень легко оптимизировать и сделать массовым.
Более подробное описание разработки содержится в статье, опубликованной в издании Advanced Energy Materials.