Нова биогибридная батарея черпає свою енергію з "електричних" бактерій

May 13 7:00 2020 Друк цієї статті

З урахуванням цього, були зроблені спроби використання таких "електричних" бактерій в батареях та паливних елементах, але всі створені раніше рішення відрізнялися вкрай малою ефективністю. Не так давно група дослідників з Технологічного інституту Карлсруе (Karlsruhe Institute of Technology, KIT) створила биогибридную батарею, побудовану на базі нового гідрогелю, який одночасно є відмінною середовищем для існування бактерій і дозволяє ефективно збирати ними виробляється електрика.

Бактерії, використані в биогибридной батареї, відносяться до сімейства экзоэлектрогенов (exoelectrogens), вони виробляють у своїх нутрощах вільні електрони і дозволяють їм проходити крізь клітинну мембрану, залишаючи межі живих клітин. І якщо з'являється можливість збирати ці вільні електрони, то бактерії перетворюються в крихітні живі батареї в прямому сенсі цього слова.

Однак, при створенні таких биогибридных енергетичних систем треба утримувати дуже крихка рівновага, недотримання якого призвело до краху попередніх спроб. Матеріали, з високою ефективністю проводять електричний струм і дозволяють проводити електрони до електродів батареї, не дуже сумісні з процесами життєдіяльності бактерій. А біологічні матеріали, в середовищі яких бактерії відчувають себе досить комфортно, як правило, не є якісними провідниками електрики.

Рішенням описаної вище проблеми став новий матеріал на основі гідрогелю, до складу якого включені вуглецеві нанотрубки і кремнієві наночастинки, які добре проводять електричний струм і є біологічно нейтральними. А внутрішня структура матеріалу формується за допомогою коротких ланцюжків ДНК, що зв'язують воєдино нанотрубки і наночастинки. Після формування основи структури матеріалу, в його склад вводиться розчин, в якому містяться самі экзоэлектрогенные бактерії та всі необхідні їм поживні речовини.

Потрапивши в сприятливе середовище, бактерії інтенсивно розмножуються і проникають у всі куточки матеріалу, заповнюючи наявні пори. Виробляється бактеріями електрика відводиться до електродів батареї по мережі нанотрубок і наночастинок, а коли така биогибридная батарея виробляє свій ресурс, в неї вводиться спеціальний фермент, що руйнує ланцюжка ДНК. Руйнування ДНК призводить до руйнування структури матеріалу, який перетворюється на аморфну масу, яку можна або поновити, або утилізувати без особливих проблем.

Зміна деяких властивостей матеріалу биогибридной батареї можна здійснити шляхом зміни розміру і послідовності сполучних ниток ДНК. І зараз вчені експериментують з цим, намагаючись домогтися від батареї високих показників, що відкриє перед даною технологією двері для комерційного застосування.