Вчені створили фотоелектрохімічні генератори енергії

Об'едінів біо-та нанотехнології, вченим вдалося створити пристрій, яке генерує електрику з сонячних промені в два рази ефективніше своїх сучасних аналогів.

Счітается, що найбільш перспективним з сучасних напрямків енергетики є розкладання молекул води в процесі фотоелектроліза, в результаті чого видобувається паливний водень. Основною трудністю, з якою зіткнулися винахідники спочатку, була низька ефективність фотоелектрохімічних осередків, в яких, власне сонячне світло перетворювалася на струм, а той у свою чергу розщеплював воду. Швейцарські вчені запропонували задіяти в цій технології натуральний пігмент водоростей, який би імітував механізм фотосинтезу.

В енергетиці фотосинтез поряд з термоядерним синтезом вважаються найбільш перспективними напрямками. Вчені вже давно намагаються добути енергію, імітуючи природні механізми. Так, виробляючи енергію з простих компонентів вуглекислого газу і води, можна налагодити екологічно абсолютно чисте виробництво.

В якості одного з підходів у створенні такого виробництва є використання фотоелектрохімічних осередків. Електроди для них виготовляють з полупроводящіх металевих оксидів, які забезпечують осередкам необхідні фотокаталітичні властивості. Спільно працюють американські і швейцарські вчені запропонували використовувати в даному напрямку нано-біо-фотоелектрохімічні електроди. Вони складаються з наночастинок оксиду заліза, які в свою чергу пов'язані з білком, здобутим з ціанобактерій. У ході досліджень вчені з'ясували, що така система підвищить ефективність осередків майже в два рази.

Трехвалентний оксид заліза у формі гематиту є досить ефективним компонентом, так як цей матеріал здатний поглинати сонячні промені у видимому діапазоні хвиль. До цього використовували четирехвалентний оксид титану з вужчим «радіусом дії». Оксид тітана міг поглощать тільки ультрафіолетові промені, але при цьому коштував він дорожче оксиду заліза.

Вторим компонентом складних електродів став білок фікоціанін. У ціанобактерій він грає важливу роль фотоулавлівающего пігмента в процесі фотосінтеза. Важливість його ролі підкреслює те, що часом фікоацін досягає 60% від усіх білків клітини ціанобактерій. Молекули цього білка, пов'язані з наночастинками гематиту, дуже ефективно поглинають фотони видимого випромінювання, а електрика генерується в ході цього процесу виявляється в два рази потужніший, ніж при використанні звичайних електродів на оксиді заліза.

К того ж фікоацін відрізняється дивовижною стійкістю в агресивних умовах, зберігаючи структуру і функціональність навіть у лужному среде.

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов