Учени създадоха микробни батерии, които просто трябва да бъдат поставени в... мръсотия

Учени от САЩ са разработили ефективен дизайн за микробни горивни клетки (MFC или MFC - microbial fuel cell), части за които могат да бъдат намерени на рафтовете в специализираните магазини. Идеята за такива елементи е предложена преди около 100 години, но досега не е имало приложение за тях. Днес подобни захранвания могат да бъдат полезни за автономни сензори с ниска консумация и това може да даде старт на технологията.

Микробните горивни клетки работят върху способността на бактериите, в процеса на хранене с органични остатъци в субстрата - буквално в мръсотия - да откъсват електрони и да ги прехвърлят към анода. В новата батерия анодът е направен от порест въглероден материал под формата на диск в долната част. Бактериите живеят в него и освобождават електрони, докато се хранят. Процесите протичат без достъп на кислород. За да работи, батерията трябва да бъде потопена с главата надолу в калта, почти до върха.

За дългосрочната работа на такива елементи важно условие е поддържането на висока влажност на основата

Неспазването на изискванията може да спре работата на микробните горивни клетки. Също така, разпространението на MFC преди това беше възпрепятствано от ниска мощност. За съвременните самостоятелни сензори захранванията с ниска мощност не са проблем. Що се отнася до промените във влажността, учените от Северозападния университет създадоха дизайн на батерията, така че да може да бъде разположена възможно най-дълбоко в почвата, където колебанията на влажността са по-малки.

Не можете напълно да потопите такава батерия в мръсотия. За да се появят редокс реакции на катода, което води до протичане на електрически ток, катодът трябва да има достъп до кислород. Катодът в новата батерия е разположен вертикално перпендикулярно на дисковия анод в долната част на клетката. Външната страна на катода е покрита с водоотблъскващо покритие, което осигурява контакт с въздуха. Вътрешната страна на катода е покрита с йон-селективна мембрана. Мембраната е обърната към вътрешността на празен съд с капак, който го предпазва от навлизане на мръсотия вътре.

Тестването на дизайна показа стабилна работа при различни нива на влажност на почвата, от напълно наситена с влага до „умерено суха“ с 41% вода в нея. Средно клетката произвежда около 68 пъти повече енергия, отколкото е необходима за работата на най-простите сензори за влажност и сензори за допир, а също така осигурява енергия за предавателя за изпращане на данни към базовата станция.

„Ако си представим бъдеще с трилиони от тези устройства [автономни сензори], няма да можем да направим всяко от тях захранвано с литий, тежки метали и други токсични вещества, които са опасни за околната среда“, казват разработчиците. „Трябва да намерим алтернативи, които могат да осигурят малки количества енергия за захранване на децентрализирана мрежа от устройства.“

Търсейки решения, учените се спират на въпросните горивни клетки от почвени микроби, които използват специализирани микроби, за да разграждат почвата и да произвеждат малки количества енергия за захранване на сензори. Докато почвата има органичната материя, необходима за микробното хранене и разграждане, животът на горивната клетка може потенциално да продължи вечно.