Впервые в истории исследователи соединили девять биологических солнечных (био-солнечных) элементов в био-солнечную панель. Затем они непрерывно производили электричество из панели и генерировали наибольшую мощность из всех существующих небольших био-солнечных элементов — 5,59 микроватт.«Как только функциональная био-солнечная панель станет доступной, она может стать постоянным источником питания для долгосрочного питания небольших беспроводных телеметрических систем, а также беспроводных датчиков, используемых на удаленных объектах, где частая замена батарей нецелесообразна», — сказал Сеохун ». Шон Чой, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Школы инженерии и прикладных наук Томаса Дж.
Уотсона Бингемтонского университета, соавтор статьи.Чой является автором статьи «Выработка биоэнергии в микрожидкостной био-солнечной панели», в которой сообщается о полученных результатах.«Это исследование могло бы также дать решающее значение для понимания процессов фотосинтетического внеклеточного переноса электронов в небольшой группе микроорганизмов с превосходным контролем над микросредой, что позволит создать универсальную платформу для фундаментальных исследований биологических солнечных элементов», — сказал Чой.Сюэцзянь Вэй, аспирант кафедры, и Ханкеун Ли ’15, окончивший Бингемтон в мае, также были авторами исследования.
Текущее исследование — последний шаг в использовании цианобактерий (которые можно найти почти в каждой наземной и водной среде обитания на планете) в качестве источника чистой и устойчивой энергии.
В прошлом году группа предприняла шаги к созданию лучшего био-солнечного элемента, изменив материалы, используемые в анодах и катодах (положительных и отрицательных выводах) элемента, а также создала миниатюрное однокамерное устройство на основе микрожидкости для размещения бактерий. обычных двухкамерных био-солнечных элементов.Однако на этот раз группа соединила девять идентичных био-солнечных элементов по схеме 3×3, чтобы создать масштабируемую и штабелируемую био-солнечную панель.
Панель непрерывно вырабатывала электричество в результате фотосинтеза и дыхательной деятельности бактерий в 12-часовых циклах день-ночь в течение 60 часов.«Производительность био-солнечных элементов значительно улучшилась за счет миниатюризации инновационных архитектур устройств и соединения нескольких миниатюрных элементов в панели», — говорится в отчете. «Это может привести к преодолению барьеров в развитии биосолнечных элементов, которые могут способствовать выработке более высокой мощности / напряжения с самодостаточной устойчивостью, освободить технологию биосолнечных элементов от ограничений до исследовательских настроек и перевести ее на практическое применение в реальном мире. . "Даже с учетом этого прорыва типичная «традиционная» солнечная панель на крыше жилого дома, состоящая из 60 ячеек в конфигурации 6×10, генерирует примерно 200 Вт электроэнергии в данный момент.
Ячейки из этого исследования в аналогичной конфигурации будут генерировать около 0,00003726 Вт.Итак, это пока неэффективно, но результаты открывают дверь для будущих исследований самих бактерий.
«Пришло время для достижений, которые могут максимизировать возможности выработки электроэнергии / энергоэффективность / устойчивость», — сказал Чой. «Методы метаболизма цианобактерий или водорослей изучены лишь частично, а их значительно низкая удельная мощность и низкая энергоэффективность делают их непригодными для практического применения. Существует необходимость в дополнительных фундаментальных исследованиях, чтобы прояснить метаболизм бактерий и потенциал производства энергии для био-солнечной энергии. Приложения."Лаборатория нанофабрикций Бингемтонского университета предоставила производственные мощности для работы, а Фонд университетских исследований (Программа междисциплинарных грантов сотрудничества (ICG) / Transdisciplinary Areas of Excellence) предоставил финансирование.
Результаты в настоящее время доступны в Интернете и будут опубликованы в печатном виде в июньском выпуске журнала Sensors and Actuators B: Chemical.