Сбор электрического тока из биологических фотосинтетических систем обычно достигается путем погружения системы в раствор электролита. Теперь исследователи из Технион-Израильский технологический институт впервые использовали суккулентное растение для создания живого «биосолнечного элемента», работающего за счет фотосинтеза.
Естественные биологические процессы всех живых клеток — от бактерий и грибов до растений и животных — включают в себя движение электронов. Однако клетки могут производить внешнее электричество при наличии электродов. Исследователи использовали бактерии, чтобы сделать топливные элементы в прошлом, но микробы требовали постоянного питания. Вместо этого ученые, в том числе команда Ноама Адира, обратились к фотосинтезу для генерации тока.
Во время этого процесса свет вызывает поток электронов воды, который в конечном итоге производит кислород и сахар. Как и в случае с солнечным элементом, это означает, что живые фотосинтетические клетки постоянно имеют поток электронов, который можно отводить в виде «фототока» и использовать для питания внешней цепи.
У некоторых растений толстая кутикула сохраняет воду и питательные вещества внутри листьев, например суккуленты, произрастающие в засушливых районах. В качестве раствора электролита электрохимической ячейки Янив Шлосберг, Гади Шустер и Адир намеревались впервые исследовать, если фотосинтез в суккулентах могут производить энергию для живых солнечных батарей.
Используя суккулент Corpuscularia lehmannii, часто известный как «ледяное растение», исследователи создали живую солнечную батарею. Они протестировали один из листьев растения, вставив в него железный анод и платиновый катод, и обнаружили, что напряжение на нем составляет 0.28 В. При подключении к цепи он мог производить ток более суток и достигать плотности фототока до 20 А/см2.
Хоть эти показатели и ниже, чем у обычного щелочная батарея, они применяются только к одному листу. Согласно более ранним исследованиям аналогичных органических устройств, многочисленные последовательно соединенные листья могут повышать напряжение. Команда намеренно создала живую солнечную батарею, чтобы протоны раствор внутреннего листа может объединяться на катоде с образованием газообразного водорода, который затем можно собирать и использовать для других целей. По мнению исследователей, их подход может помочь в разработке многоцелевых, устойчивых решений в области зеленой энергетики в будущем.
Справочник журнала:
- Янив Шлосберг, Гади Шустер и Ноам Адир. Самозамкнутая биофотоэлектрохимическая клетка у суккулентов. Прикладные материалы и интерфейсы ACS, DOI: 10.1021/acsami.2c15123
