Elektrivoolu kogumine bioloogilistest fotosünteesisüsteemidest saavutatakse tavaliselt süsteemi sukeldamisega elektrolüüdilahusesse. Nüüd teadlased alates Technion-Israeli Tehnoloogiainstituut on esimest korda kasutanud mahlakat taime, et luua fotosünteesil töötav elus "bio-päikesepatarei".
Kõik elusrakkude loomulikud bioloogilised protsessid – bakteritest ja seentest taimede ja loomadeni – hõlmavad elektronide liikumine. Siiski võivad rakud toota välist elektrit eeldusel, et elektroodid on olemas. Teadlased kasutasid loomiseks baktereid kütuseelemendid varem, kuid mikroobid vajasid pidevat toitmist. Selle asemel on teadlased, sealhulgas Noam Adiri meeskond, pöördunud voolu tekitamiseks fotosünteesi poole.
Valgus juhib selle protsessi käigus vee elektronide voolu, mis lõpuks toodab hapnikku ja suhkrut. Nagu päikesepatarei puhul, tähendab see, et elusate fotosünteetiliste elementide elektronvoog on pidevalt olemas, mida saab "fotovooluna" ära tõmmata ja kasutada välise vooluahela toiteks.
Mõnel taimel on paksud küünenahad, et säilitada lehtede sees vett ja toitaineid, näiteks kuivades piirkondades leiduvaid sukulendid. Elektrokeemilise elemendi elektrolüüdilahusena kavatsesid Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster ja Adir esimest korda uurida, kas fotosüntees Sukulendid võivad toota energiat elavate päikesepatareide jaoks.
Kasutades mahlakat Corpuscularia lehmannii, mida sageli tuntakse jäätaimena, valmistasid teadlased elava päikesepatarei. Nad katsetasid ühte taime lehte, sisestades raudanoodi ja plaatinakatoodi, ning avastasid, et selle pinge oli 0.28 V. See võib vooluahelaga ühendatuna toota voolu kauem kui ööpäeva ja saavutada fotovoolutihedus kuni 20 A/cm2.
Kuigi need näitajad on tavalisest madalamad leelispatarei, kehtivad need ainult ühele lehele. Analoogsete orgaaniliste seadmete varasemate uuringute kohaselt võivad arvukad järjestikku ühendatud lehed pinget tõsta. Meeskond lõi elava päikesepatarei teadlikult nii prootonid Siselehe lahuses võib katoodil ühineda vesinikgaasiks, mida saab seejärel koguda ja kasutada muudel eesmärkidel. Teadlaste sõnul nende lähenemine võiks aidata tulevikus välja töötada mitmeotstarbelisi säästvaid rohelise energia lahendusi.
Ajakirja viide:
- Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster ja Noam Adir. Iseseisev bio-fotoelektrokeemiline rakk sukulentsetes taimedes. ACSi rakendatud materjalid ja liidesed. DOI: 10.1021/acsami.2c15123
