Các nhà khoa học đã phát triển một “tế bào năng lượng mặt trời sinh học” sống chạy bằng quang hợp
Các nhà nghiên cứu tin rằng kỹ thuật của họ có thể mở đường cho việc tạo ra các công nghệ năng lượng xanh đa năng, bền vững trong tương lai.
Thực vật thường được coi là nguồn thực phẩm, oxy và trang trí, nhưng không phải là nguồn điện. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng bằng cách khai thác sự vận chuyển tự nhiên của các electron trong tế bào thực vật, có thể tạo ra điện như một phần của pin mặt trời sinh học màu xanh lá cây. Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên ACS Applied Materials & Interfaces, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại cây mọng nước để tạo ra một "tế bào năng lượng mặt trời sinh học" sống chạy bằng quá trình quang hợp.
Các electron được vận chuyển tự nhiên như một phần của quá trình sinh học trong tất cả các tế bào sống, từ vi khuẩn và nấm đến thực vật và động vật. Bằng cách giới thiệu các điện cực, các tế bào có thể được sử dụng để tạo ra điện có thể được sử dụng bên ngoài. Nghiên cứu trước đây đã tạo ra pin nhiên liệu sử dụng vi khuẩn nhưng nó đòi hỏi phải được cung cấp liên tục. Phương pháp mới này sử dụng quá trình quang hợp, quá trình thực vật chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, để tạo ra dòng điện.
Trong quá trình này, ánh sáng điều khiển một dòng điện tử từ nước mà cuối cùng dẫn đến việc tạo ra oxy và đường. Điều này có nghĩa là các tế bào quang hợp sống liên tục tạo ra một dòng điện tử có thể được kéo đi dưới dạng “dòng quang điện” và được sử dụng để cấp nguồn cho mạch bên ngoài, giống như pin mặt trời.
Cây mọng nước trên băng được hiển thị ở đây có thể trở thành pin mặt trời sống và cung cấp năng lượng cho một mạch sử dụng quá trình quang hợp. Ảnh: Được điều chỉnh từ Tài liệu & Giao diện Ứng dụng ACS, 2022, DOI: 10.1021/acsami.2c15123
Một số loài thực vật — như loài xương rồng được tìm thấy trong môi trường khô cằn — có lớp biểu bì dày để giữ nước và chất dinh dưỡng bên trong lá của chúng. Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster và Adir lần đầu tiên muốn kiểm tra xem liệu quá trình quang hợp ở loài xương rồng có thể tạo ra năng lượng cho các tế bào năng lượng mặt trời sống sử dụng nước và chất dinh dưỡng bên trong chúng làm dung dịch điện phân của tế bào điện hóa hay không.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra pin mặt trời sống bằng cách sử dụng Corpuscularia lehmannii mọng nước, còn được gọi là “cây băng”. Họ lắp một cực dương bằng sắt và cực âm bạch kim vào một trong những chiếc lá của cây và thấy rằng điện áp của nó là 0,28V. Khi được nối vào một mạch điện, nó tạo ra mật độ dòng quang điện lên tới 20 µA/cm2, khi tiếp xúc với ánh sáng và có thể tiếp tục tạo ra dòng điện trong hơn một ngày. Mặc dù những con số này ít hơn so với pin kiềm truyền thống, nhưng chúng chỉ đại diện cho một lá duy nhất.
Các nghiên cứu trước đây về các thiết bị hữu cơ tương tự cho thấy rằng việc kết nối nhiều lá nối tiếp có thể làm tăng điện áp. Nhóm đã thiết kế cụ thể pin mặt trời sống sao cho các proton trong dung dịch bên trong lá có thể được kết hợp để tạo thành khí hydro ở cực âm và lượng hydro này có thể được thu thập và sử dụng trong các ứng dụng khác. Các nhà nghiên cứu nói rằng phương pháp của họ có thể cho phép phát triển các công nghệ năng lượng xanh đa chức năng, bền vững trong tương lai.
Tham khảo: “Tế bào quang điện sinh học khép kín trong thực vật mọng nước” của Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster và Noam Adir, ngày 23 tháng 11 năm 2022, Vật liệu & Giao diện Ứng dụng ACS.
DOI: 10.1021/acsami.2c15123
Các tác giả xác nhận tài trợ từ khoản tài trợ “Nevet” từ Chương trình Năng lượng Grand Technion (GTEP) và Khoản tài trợ Technion VPR Berman cho Nghiên cứu Năng lượng và hỗ trợ từ Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Công nghệ Hydro của Technion (HTRL).
