Новая "микробная батарея" из ткани будет заряжаться от человеческого пота
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.