Вчені розробили «біосонячну батарею», яка працює на фотосинтезі

Рослини часто вважаються джерелами їжі, кисню та прикрас, але не джерелом електрики. Проте вчені виявили, що, використовуючи природний транспорт електронів у рослинних клітинах, можна виробляти електроенергію як частину екологічної біологічної сонячної батареї. У недавньому дослідженні, опублікованому в ACS Applied Materials & Interfaces, дослідники вперше використали сукулентну рослину для створення живої «біосонячної батареї», яка працює за допомогою фотосинтезу.

Електрони природним чином транспортуються як частина біологічних процесів у всіх живих клітинах, від бактерій і грибів до рослин і тварин. Завдяки введенню електродів клітини можна використовувати для виробництва електроенергії, яку можна використовувати зовні. Попередні дослідження створювали паливні елементи з використанням бактерій, але вони потребували постійного живлення. Цей новий підхід використовує фотосинтез, процес, за допомогою якого рослини перетворюють енергію світла в хімічну енергію, щоб генерувати струм.

Під час цього процесу світло запускає потік електронів із води, що зрештою призводить до утворення кисню та цукру. Це означає, що живі фотосинтетичні клітини постійно виробляють потік електронів, які можна відтягнути як «фотострум» і використовувати для живлення зовнішнього контуру, як сонячний елемент.

Деякі рослини, наприклад сукуленти в посушливому середовищі, мають товсту кутикулу, яка утримує воду та поживні речовини в листі. Янів Шлосберг, Гаді Шустер і Адір хотіли вперше перевірити, чи може фотосинтез у сукулентах створювати енергію для живих сонячних елементів, використовуючи їхню внутрішню воду та поживні речовини як розчин електроліту електрохімічного елемента.

Дослідники створили живу сонячну батарею, використовуючи сукулент Corpuscularia lehmannii, який також називають «крижаною рослиною». Вони вставили залізний анод і платиновий катод в один із листків рослини й виявили, що його напруга становила 0,28 В. При підключенні до ланцюга він виробляв щільність фотоструму до 20 мкА/см2 під дією світла і міг продовжувати виробляти струм більше ніж добу. Хоча ці цифри менші, ніж у традиційної лужної батареї, вони відображають лише одну стулку.

Попередні дослідження подібних органічних пристроїв свідчать про те, що послідовне з’єднання декількох стулок може збільшити напругу. Команда спеціально розробила живий сонячний елемент таким чином, щоб протони у внутрішньому розчині листя могли об’єднуватися з утворенням газоподібного водню на катоді, і цей водень можна було збирати та використовувати в інших цілях. Дослідники кажуть, що їхній метод може сприяти розробці майбутніх стійких, багатофункціональних технологій зеленої енергії.