Американские исследователи создали биобатарею, имитирующую структуру тонкого кишечника, с рекордной эффективностью выработки энергии

Энергия, вдохновленная кишечником

Как сообщает НВ — Техно: Американские ученые разработали инновационную биобатарею, в основе которой лежит уникальная архитектура тонкого кишечника человека. Эта система использует живые бактерии для генерации электричества, что открывает новые возможности для автономного контроля состояния канализационных сетей. В конструкции предусмотрено использование органики из сточных вод, которая служит питательной средой для микроорганизмов.

Особая форма ворсинок кишечника значительно повысила эффективность выработки электроэнергии - в восемь раз по сравнению с традиционными плоскими электродами. Исследование, опубликованное в журнале Small, демонстрирует, что гибкие столбики из графенового и полимерного гидрогеля, повторяющие микроструктуру ворсинок, помогают избежать засорения пор биопленкой, что часто снижало производительность предыдущих моделей.

Механизм действия биобатареи

Работа биобатареи основана на способности микробов перерабатывать органические вещества и выделять свободные электроны. Эти электроны улавливаются электродом и направляются в внешний электрический контур. Во время испытаний устройство обеспечивало мощность 66,45 микроватт на кубический сантиметр объема и стабильно поддерживало напряжение 0,75 вольта в течение 14 часов. Для сравнения, классические плоские электроды показали результат в восемь раз ниже при тех же условиях.

Хотя полученной мощности пока недостаточно для зарядки смартфонов или питания бытовой техники, разработчики видят перспективу в применении таких биобатарей для автономного мониторинга канализационных систем. Гибкие «пластыри» с искусственными ворсинками могут крепиться на изогнутые поверхности подземных труб, обеспечивая энергией экологические сенсоры, что особенно актуально для российских городов с разветвленной сетью коммуникаций.

Профессор Сокхин Чой, один из авторов проекта, отметил: «Пористые материалы быстро забиваются биопленкой, что создаёт постоянные проблемы с подачей энергии и накоплением отходов. Нам нужен был биоэлектрод, который воспроизводит свойства живой ткани: гибкий, с большой площадью поверхности и свободным протоком жидкости».

Создание биобатареи, работающей на основе сточных вод, является важным шагом в развитии экологичных технологий. Такая система может значительно сократить затраты на мониторинг канализационных сетей и повысить эффективность очистки сточных вод. Кроме того, этот проект открывает новые перспективы для развития биоэлектрических устройств, которые могут пригодиться в энергетике и охране окружающей среды.

В то время как биобатареи открывают новые горизонты в области автономных источников энергии, исследования в смежных областях продолжают удивлять. Например, недавно учёные разработали робота-метелика, который использует искусственную кровь для выращивания световых сенсоров под ультрафиолетом. Это инновационное решение также демонстрирует потенциал биологических систем в современных технологиях. Узнать больше о новых разработках в области биотехнологий можно в нашей статье.