Thu hoạch dòng điện từ hệ thống quang hợp sinh học thường đạt được bằng cách ngâm hệ thống vào dung dịch điện phân. Hiện nay, các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Technion-Israel lần đầu tiên họ đã sử dụng một loại cây mọng nước để tạo ra một “pin mặt trời sinh học” sống chạy bằng quang hợp.
Tất cả các quá trình sinh học tự nhiên của tế bào sống - từ vi khuẩn và nấm đến thực vật và động vật - đều liên quan đến chuyển động của các electron. Tuy nhiên, các tế bào có thể tạo ra điện bên ngoài, miễn là có các điện cực. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng vi khuẩn để tạo ra pin nhiên liệu trong quá khứ, nhưng vi khuẩn cần được cho ăn liên tục. Thay vào đó, các nhà khoa học, trong đó có nhóm của Noam Adir, đã chuyển sang quang hợp để tạo ra dòng điện.
Ánh sáng điều khiển dòng điện tử của nước trong quá trình này, cuối cùng tạo ra oxy và đường. Giống như pin mặt trời, điều này ngụ ý rằng các tế bào quang hợp sống liên tục có dòng điện tử có thể được rút ra dưới dạng “dòng quang” và được sử dụng để cung cấp năng lượng cho mạch ngoài.
Một số cây có lớp biểu bì dày để bảo tồn nước và chất dinh dưỡng bên trong lá, chẳng hạn như các loài mọng nước ở những vùng khô cằn. Là dung dịch điện phân của pin điện hóa, Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster và Adir lần đầu tiên có ý định khám phá nếu quang hợp trong các loài mọng nước có thể tạo ra năng lượng cho pin mặt trời sống.
Sử dụng loài cây mọng nước Corpuscularia lehmannii, thường được gọi là “cây băng”, các nhà nghiên cứu đã tạo ra pin mặt trời sống. Họ đã thử nghiệm một trong những chiếc lá của cây bằng cách chèn cực dương bằng sắt và cực âm bằng bạch kim và họ phát hiện ra rằng nó có điện áp 0.28V. Nó có thể tạo ra dòng điện trong hơn một ngày khi được gắn vào mạch và đạt được mật độ dòng quang lên tới 20 A/cm2.
Mặc dù những con số này thấp hơn so với con số thông thường pin kiềm, chúng chỉ áp dụng cho một lá. Theo các nghiên cứu trước đây về các thiết bị hữu cơ tương tự, nhiều lá mắc nối tiếp có thể làm tăng điện áp. Nhóm nghiên cứu đã cố tình tạo ra pin mặt trời sống để proton trong dung dịch lá bên trong có thể kết hợp ở cực âm để tạo ra khí hydro, sau đó có thể được thu thập và sử dụng cho các mục đích khác. Theo các nhà nghiên cứu, cách tiếp cận của họ có thể giúp phát triển các giải pháp năng lượng xanh đa năng, bền vững trong tương lai.
Tạp chí tham khảo:
- Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster và Noam Adir. Tế bào quang điện sinh học tự khép kín ở thực vật mọng nước. Vật liệu & Giao diện Ứng dụng ACS. DOI: 10.1021/acsami.2c15123
