Самособирающиеся биотопливные элементы смогли генерировать энергию

Москва, 12:26, 06 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Ученые из Федеральной высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) создали первый полностью функциональный биотопливный элемент, чьи биокатализаторы напрямую собираются в электроды.

Примерно за 5 мин. гибриды ферментов и наночастиц, добавленные в раствор БТЭ, избирательно крепятся к катоду или аноду, формирую ключевые компоненты устройства, сообщает phys.org. Проектом руководили Андреас Стеммер, Александр Трифонов и Ран Тель-Веред. Результаты исследования представлены в ACS Nano.

«Мы продемонстрировали самособирающиеся биотопливные элементы, генерирующие энергию по требованию. Они приводятся в действие магнитным полем, — сказал Трифонов в интервью для Phys.org. – Система позволяет многократно использовать электроды, меняя только активные элементы».

Самособрка активно изучается как инструмент для производства наномерных структур для ТЭ, аккумуляторов и других энергетических технологий. Но метод не позволял получить полностью функциональные устройства. Представленный здесь БТЭ был создан для превращения содержащих фруктозу жидкостей в ток. Элемент использует ферменты для выделения на анод электронов из сахара путем окисления. Затем частицы по проводу переходят на катод, генерируя электричество. Здесь другие ферменты используют электроны (восстановительная реакция), а присутствие в растворе кислорода ведет к выработке воды.

Одной из самых сложных задач было обездвиживание окислительных и восстановительных ферментов для одновременного протекания реакций. Самосборка помогла ее решить. Процесс заставляет оба типа ферментов прочно крепиться к электродам. Сначала энзимы дополнили покрытыми углеродом магнитными наночастицами, присоединяющимися к одному из 2 типов лиганд. При помещении в раствор, гибридные структуры направляли ферменты к катоду и аноду соответственно.

Ученые продемонстрировали дополнительное преимущество дизайна – разборку. Под действием магнитного поля наночастицы отсоединяются от электродов, прекращая подачу тока и попадая в электролит, откуда их можно извлечь, заменив свежими. Возможность обновления биокатализаторов продлит срок службы батареи.

Существующая версия БТЭ имеет сравнительно выходную мощность, в сравнении с аналогами, не использующими самосборку. Но авторы уверены, что производительность можно значительно увеличить с помощью техник оптимизации, которые они намерены изучить в будущем.