Созданы первые в своем роде бумажные микробиологические топливные элементы, способные работать в течение длительного времени

Группа исследователей из университета Айовы (Iowa State University) продемонстрировала первые работоспособные прототипы бумажных микробиологических топливных элементов (microbial fuel cell, MFC), в которых используются капиллярные свойства бумаги для обеспечения движения потока жидкости через элемент. Прототип работает непрерывно в течение 5 суток, вырабатывая энергию в количестве 1.3 мкВт при силе тока 52.25 мкА, а общая энергетическая плотность этих топливных элементов составляет 25 Вт на квадратный метр. Приведенные цифры демонстрируют то, что такие топливные элементы уже могут выступать в качестве источников энергии, работающих абсолютно безвредным для окружающей среды способом.

Основой топливного элемента является тончайшая пленка из микроорганизмов Shewanella Oneidensis MR-1, выращенная на поверхности углеродистой ткани, своего рода углеродной бумаги. Микроорганизмы усваивают богатые электронами химические соединения, поставляемые им вместе с потоком жидкости, и за счет цепочки биохимических реакций, проходящих в присутствии ферментов-катализаторов, превращают их в другие соединения, а получившиеся при этом избыточные электроны собираются при помощи электрода-анода. Процесс переноса электрического заряда в ячейке весьма сложен и он уникален для бактерий различных разновидностей.

Особую роль в деле эффективности работы топливного элемента играет структура биологической пленки, состоящей из микроорганизмов. Помимо обеспечения передачи свободных электронов эта пленка обеспечивает непрерывное поступление питательных веществ и отвод продуктов метаболизма каждой особи микроорганизмов.

Но пока еще очень рано говорить о начале практического применения таких топливных элементов, которые в будущем смогут приводить в действие сверхминиатюрные электронные устройства, включая датчики экологического контроля и медицинские имплантаты. Сейчас исследователи ищут способ управления значением выходного напряжения топливного элемента для того, чтобы обеспечить постоянство выдаваемой им мощности. Кроме этого, ведутся разработки состава электролита и питающего микроорганизмы состава, в котором не будет присутствовать гексацианоферрата калия (Potassium Ferricyanide) и других крайне вредных для человека веществ. Параллельно с этими работами, исследователи проводят тесты топливных элементов в условиях естественной окружающей среды с целью обеспечения стабильной работы элементов при резких перепадах температуры, давления, влажности и других параметров.