Главная » 2012 Май 29 » Создано солнечную батарею из хлорофилла бактерии
15:02 Создано солнечную батарею из хлорофилла бактерии | |
 Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) построили опытные солнечные батареи на основе хлорофилла цианобактерии Thermosynechococcus elongates. Развитие этого эксперимента, по мнению его авторов, приведет к тому, что через несколько лет жители отдаленных сел смогут электрифицировать свои дома с помощью ряда покупных реактивов и стога свежескошенной травы.
Андреас Мершин (Andreas Mershin) и его коллеги построили свои батареи на основе светособирающего комплекса биологических молекул - фотосистемы I (PS-I). Под обычным солнечным светом ячейки показали напряжение холостого хода в 0,5 В, удельную мощность 81 мкВт/см2 и плотность фототока в 362 мкА/см2. А это, по словам изобретателей, в 10 000 раз выше, чем в любой показанной ранее биофотовольтаикы, основанной на натуральных фотосистема. КПД полученных батарей составил всего лишь около 0,1%. Однако создатели диковинки считают ее важным шагом на пути массового внедрения солнечной энергетики в быт. Ведь потенциально такие устройства могут производиться с низкими издержками. В идеале биологические батареи могли бы делать сами потребители у себя дома, пользуясь недорогими химреактивами, которые продаются в пакетике как набор «сделай сам», а также мусором с участка или фермы. «Вы сможете использовать в качестве сырья все зеленое, даже скошенную траву», - прогнозирует Мершин. Авторы нового преобразователя считают, что опыт с его построением может быть повторен даже в колледже или школе с более-менее развитой химической лабораторией. А в дальнейшем инструкцию по сборке «фотогальванической ячейки травы» можно будет поместить на одной странице, причем отразить практически без слов, одними картинками. Упрощение всех этапов создания такой батареи - основная заслуга изобретателей из MIT. Раньше для концентрации молекул PS-I использовались центрифуги, но команда Андреаса предложила альтернативу - недорогие мембраны. Никаких специальных лабораторных условий для их использования не требуется. «Сырье может быть очень грязной, и она все равно будет работать, так ее спроектировала природа, - рассказывает исследователь. - Природа работает в грязной среде, это результат миллиардов экспериментов в течение миллиардов лет ». После ряда усовершенствований КПД «травяных батарей» можно поднять до 1-2%, и это уже будет коммерчески жизнеспособным уровнем. Для того чтобы добиться выдающихся параметров прибора, ученым пришлось решить ряд проблем, которые возникли далеко не вчера. Поясним, данный опыт стал продолжением работы, начатой в MIT еще восемь лет назад молекулярным биологом Шугуан Чжан (Shuguang Zhang) и рядом его соратников. Чжан, кстати, стал одним из основных авторов и нового эксперимента. Предыдущие ячейки, которые заимствовали фотосистемы у растений или бактерий, могли нормально работать только под концентрированным светом лазера, т.е. в узком диапазоне длин волн. Второй недостаток прежних вариантов «живой батареи» - для ее изготовления были необходимы дорогостоящие химические вещества и современное оборудование лаборатории. Третий важный момент - надежная и долгосрочная стабилизация извлеченных из растений молекулярных комплексов. Вне клетки PS-I существует недолго. Но команда MIT разработала набор поверхностно активных пептидов, способных обволакивать систему PS-I, сохраняя ее на большой срок. И, наконец, была еще одна давняя помеха. Все та же фотосистема пошкоджувалась ультрафиолетом. Ее удалось преодолеть в ходе решения другой задачи - повышение эффективности сбора света. Комплексы PS-I Мершин с товарищами сеяли не на ровной подложке, как это было в прежних подобных экспериментах, а на поверхности с огромным эффективной площадью. В качестве такой основы выступила губка из диоксида титана (толщиной 3,8 микрометра и с размером пор в 60 нанометров) и плотный «лес» стержней из оксида цинка (с высотой «деревьев» в несколько микрометров и диаметром в доли микрометра). Оба варианта фотоаноду показали сходные результаты. Причем они не только позволили заметно увеличить число молекул хлорофилла, выставленных под свет, но и частично защитили комплексы PS-I от ультрафиолетовых лучей. Ведь оба материала являются хорошими их поглотителями. А еще титановая наногубка и цинковый нанолис сыграли роль каркаса и выполнили функцию переносчика электронов. Ну а на PS-I возлагалась задача сбора света, его усвоения и разделения зарядов, аналогично тому, как это происходит в клетках. В заключение скажем, что ранее ученые немало времени потратили на развитие еще одного специфического направления в солнечной энергетике. Это элементы на сенсибилизированных красителях. Последние не используют биологические фотосистемы буквально, но стараются их копировать. Пока рано говорить, какой вариант солнечных батарей окажется более оправданным. Но вот интересный момент: в нынешнем проекте принимал участие Михаэль Гретцель (Michael Grätzel) из лаборатории фотоники и интерфейсов швейцарского политехнического института, известный нашим читателям как раз по созданию рекордного батареи на красителях. | |
|
| |
| Всего комментариев: 0 | |