Тульские ученые: «Живые» батарейки станут мощнее

Учёные Тульского государственного университета смогли значительно повысить эффективность выработки электричества батарейками из микробов и растений.

Исследователи встроили в систему растительных микробных топливных элементов (РМТЭ) два электрода – анод и катод. Анод погрузили в почву, и он собирает электроны, которые производят бактерии, окисляя органические выделения растений сложного строения до более простых молекул.

Катод, в свою очередь, контактирует с воздухом, где кислород забирает электроны и, соединяясь с ионами водорода, превращается в воду.

Научные сотрудники Тульского государственного университета рассказали, когда электроны перетекают от анода к катоду по внешней цепи, возникает электрической ток. Таким образом, растение и бактерии становятся мини-электростанцией, работающей на естественных биохимических реакциях.

В подобных устройствах чаще всего именно катодная реакция «тормозит» всю систему, что сказывается на ее эффективности.

Без вспомогательного вещества — катализатора — она протекает слишком медленно, а в современных РМТЭ в качестве ускорителя реакции используется дорогостоящая платина, что замедляет внедрение «зеленых батареек» в автономные системы очистки воды или их использование для поддержания работы маломощных датчиков и светодиодного освещения, рассказал заведующий лабораторией экологической и медицинской биотехнологии ТулГУ, кандидат химических наук, Сергей Алферов. 

Коллектив учёных ТулГУ совместно с коллегами из Иркутского национального исследовательского технического университета предложили более доступный материал для переработки кислорода в воду, одновременно в полтора раза увеличив мощность РМТЭ.

Они заменили платину более доступным диоксидом марганца, который показал высокую эффективность, улучшив характеристики растительного микробного топливного элемента.

Со старым катализатором выходная мощность элемента составляла 20 мВт/м2, с новым – 33 мВт/м2 с одновременным уменьшением внутреннего сопротивления.

Растительные микробные топливные элементы могут применять на территориях с тёплым климатом, где существует проблема с доступностью чистой воды, отметили учёные.

В ТулГУ много лет ведут исследования альтернативного использования биоматериала, в том числе микроорганизмов, сообщил ректор университета Олег Александрович Кравченко. Этой тематике посвящён один из стратегических проектов в рамках программы развития «Приоритет 2030» – «БиоХимТех».

«После испытаний коллектив лаборатории сосредоточится на масштабировании получившейся системы и тестировании её в условиях, приближенных к реальным, - отметил ректор. – Мы стремимся вовлекать в исследования ребят даже с младших курсов, формируя тем самым приверженность исследовательской деятельности. Такие открытия и реальные достижения воодушевляют молодых людей на новый поиск».