Новый топливный элемент использует энергию, собираемую от бактерий, живущих в почве и перерабатывающих органический углерод. О разработке сообщил Северо-Западный университет (США).
«Эти микробы распространены повсеместно. Они уже живут повсюду в почве. Мы можем использовать очень простые инженерные системы для аккумулирования их электроэнергии. Мы не собираемся снабжать этой энергией целые города, но можем улавливать незначительное количество энергии для использования в практических маломощных девайсах», — говорит один из авторов исследования Джордж Уэллс.
Видео дня
Впервые технология таких топливных элементов «на микробной тяге» была предложена еще в 1911 году. Однако, только сейчас ученые обеспечили надежную и эффективную работу таких устройств. Проблема заключалась в том, что когда батарею обычной конструкции закапывали в сухую землю, не получалось обеспечить насыщенность кислородом и доступность воды.
Американским ученым удалось создать такую конструкцию, при которой проблема решается сама собой: они разместили под другим углом анод и катод, между которыми перетекают электроны, создающие электрическую цепь.
Размер устройства примерно как у листа А5. Анод, сделанный из углеродного войлока (недорогой и распространенный проводник для захвата электронов микробов), расположен глубоко под землей, где достаточно влаги, и находится горизонтально к поверхности. Катод, изготовленный из инертного проводящего металла, расположен вертикально над анодом, при этом он на одном уровне с поверхностью. Чтобы катод мог «дышать» при подтоплении, его покрыли гидроизоляционным материалом.
«Грязная» энергетика
Испытания показали, что прибор успешно работает и во влажной, и в сухой почве. Кроме того, не будет проблемой ввести аккумулятор в общую сеть (например, «умного» дома), чтобы отслеживать его состояние — можно просто добавить к конструкции антенну.
При этом «почвенная» батарея имеет экологическое преимущество перед обычными, которые содержат токсичные легковоспламеняющиеся химические вещества, загрязняющие землю. Поэтому новое устройство более целесообразно для «интернета вещей» — сети устройств, обеспечивающих разные функции.
Такие сети — это, например, датчики на сельскохозяйственных полях, которые могут замерять точный уровень влаги, питательных веществ и загрязняющих веществ в почве, что позволит вовремя предпринимать те или иные действия для лучшего урожая.
«Сейчас если вы хотите разместить датчик в дикой природе, на ферме или в заболоченной местности, вам придется установить в него батарею или собирать солнечную энергию. Солнечные панели плохо работают в грязи, потому что они покрываются ею, а еще они не работают, когда нет солнца — и при все этом занимают много места. Литиевые батареи также представляют собой проблему, потому что у них заканчивается заряд. А фермеры не будут обходить ферму площадью 100 акров, чтобы регулярно менять батареи или очищать солнечные панели от пыли», — говорит выпускник Северо-Западного университета и руководитель проекта Билл Йен.
Другое возможное применение новой батареи — подсоединение к датчику движения. Например, для отслеживания проходящих мимо животных.
Все материалы разработчики опубликовали в открытом доступе, чтобы ими мог воспользоваться или предложить улучшения любой желающий. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous.
