Источник: techxplore.com

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Созданы биобатареи-татуировки для получения энергии из пота

В будущем, потея, мы будем приносить пользу не только себе, но также небольшим электронным устройствам, питающимся жидкостью из нашего организма. Ученые сообщили, что создали датчик в виде временной татуировки, который способен следить за физической активностью своего носителя и вырабатывать энергию из его пота.

Как сообщает PhysOrg, новая разработка является одной из около 12 000 работ, представленных в рамках 248-го Национального собрания и выставки Американского химического общества (ACS). Принцип работы устройства заключается в обнаружении и реагировании на соль молочной кислоты (лактат) в составе пота.

По уровню лактата можно судить об интенсивности тренировок. Чем больше физических нагрузок испытывает организм, тем больше он выделяет этой соли. При физической активности организм нуждается в дополнительной энергии, которая генерируется в процессе гликолиза. В результате расщепления углеводов (преимущественно глюкозы) высвобождается энергия и лактат, который обнаруживается в крови.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали более эффективный метод измерения уровня лактата при выполнении интенсивных физических упражнений. Они нанесли гибкий датчик соли молочной кислоты на бумагу для временной татуировки. Сенсор содержит фермент, который отбирает электроны у лактата, генерируя слабый электрический ток. Устройство было испытано на 10 здоровых добровольцах.

Затем, опираясь на полученные результаты, ученые решили создать биобатарею, способную заряжаться от пота. Эксперимент с участием 15 добровольцев показал, что менее спортивные люди выделяют больше энергии, чем те, кто посещает спортзал как минимум три раза в неделю. Исследователи объясняют это так: те, кто реже занимается спортом, быстро устают от физической нагрузки и начинают обильнее потеть, запуская процесс гликолиза, сопровождающийся образованием молочной кислоты. Так, с одного квадратного сантиметра кожи неподготовленного к занятию спортом человека ученым удалось собрать 70 микроватт энергии.

Это не так много, но вполне достаточно для поддержания работы электронных часов, потребляющих всего 10 микроватт энергии. Исследователи планируют усовершенствовать технологию, чтобы получать еще больше энергии и найти способ ее сохранения.

Биобатареи обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными батареями: они быстрее перезаряжаются, используют возобновляемые источники энергии и являются более безопасными для природы и человека, так как не выделяют токсины и не взрываются. Такие устройства имеют широкий потенциал применения, отмечают ученые.

Ранее ученые предложили заряжать смартфоны росой.

Новое устройство всего за 5 часов выявляет устойчивые к антибиотикам бактерии

Американские ученые разработали новый способ (и даже создан прототип устройства) для определения бактерий, которые являются устойчивыми к воздействию антибиотиков. Новая методика предлагает очень быстрый метод – около 5 часов против нескольких дней в настоящее время – определения опасных бактерий, сообщает портал Phys.org.

Бактериальные инфекции стали одной из самых серьезных проблем во всем мире, и недавнее исследование показывает, что у пациентов с COVID-19 гораздо больше шансов получить вторичные бактериальные инфекции, что значительно увеличивает уровень смертности. Однако борьба с инфекциями – непростая задача. Когда антибиотики назначаются неаккуратно и чрезмерно, это приводит к быстрому возникновению и распространению генов устойчивости к антибиотикам у бактерий, что создает еще большую проблему. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, ежегодно в США более 35 тысяч человек умирает от устойчивых к антибиотикам инфекций.

Одним из факторов, замедляющих борьбу с устойчивыми к антибиотикам бактериями, является количество времени, необходимое для их проверки. Традиционный метод использует извлеченные из пациента бактерии и сравнивает лабораторные культуры, выращенные с антибиотиками и без них, но результаты могут занять от одного до двух дней, что увеличивает уровень смертности, продолжительность пребывания в больнице и общую стоимость лечения.

Доцент Сеохын «Шон» Чой, преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники Колледжа инженерных и прикладных наук Томаса Дж. Ватсона Бингемтонского университета, исследует более быстрый способ проверки бактерий на устойчивость к антибиотикам. За последние несколько лет Чой разработал несколько проектов, в которых «бумажная электроника» сочетается с биологией, например, проект, в котором были разработаны биобатареи с использованием человеческого пота.

Это новое исследование под названием «Простой, недорогой и быстрый метод оценки эффективности антибиотиков против экзоэлектрогенных бактерий», опубликованное в ноябрьском выпуске журнала Biosensors and Bioelectronics, основано на тех же принципах, что и батареи: бактериальный перенос электронов, химический процесс, который определенные микроорганизмы используют для роста, общего обслуживания клеток и обмена информацией с окружающими микроорганизмами.

«Мы используем это биохимическое событие для создания нового метода оценки эффективности антибиотиков против бактерий, не контролируя рост бактерий в целом», – сказал Чой. «Насколько мне известно, мы первые, кто продемонстрировал эту технику быстрым и высокопроизводительным способом, используя бумагу в качестве основы». Это работает так: медицинская бригада извлекает образец у пациента, засевает бактерии различными антибиотиками в течение нескольких часов, а затем измеряет скорость переноса электронов. Более низкий показатель означает, что антибиотики воздействуют на исследуемые бактерии.

«Гипотеза заключается в том, что противовирусное воздействие может вызвать достаточное подавление бактериального переноса электронов, поэтому показания устройства будут достаточно чувствительными, чтобы показать небольшие изменения в электрическом выходе, вызванные изменениями в эффективности антибиотиков», – сказал Чой. Устройство сможет предоставить результаты об устойчивости к антибиотикам всего за пять часов, что послужит важным диагностическим инструментом в месте оказания медицинской помощи, особенно в районах с ограниченными ресурсами. Прототип, построенный частично при финансовой поддержке Национального научного фонда и Управления военно-морских исследований США, имеет восемь датчиков, напечатанных на его бумажной поверхности, но это число может быть расширено до 64 или 96 датчиков, если медицинские специалисты захотят встроить в устройство другие тесты.

Основываясь на этом исследовании, Чой уже знает, куда он и его ученики хотели бы пойти дальше: «Хотя многие бактерии производят энергию, некоторые патогены не осуществляют внеклеточный перенос электронов и не могут использоваться непосредственно на нашей платформе. Однако различные химические вещества соединения могут способствовать переносу электронов от бактерий, не производящих электричество. Например, кишечная палочка не может переносить электроны изнутри клетки наружу, но с добавлением некоторых химических соединений они могут генерировать электричество. Сейчас мы работаем над тем, как сделать эту технику общедоступной для всех бактериальных клеток».

Источник: ВЕВБАЙ

Временное тату с датчиком уровня лактата превращается в биобатарею — Теплокот

В прошлом году исследователи из Университета Калифорнии в Сан-Диего (UCSD) представили датчик, изготовленный в виде временной татуировки, накладываемой на кожу человека, который способен постоянно контролировать уровень содержания лактата в поте спортсмена во время тренировки. А теперь исследователи использовали эту технологию для создания биобатареи, которая питается от пота, что может привести к разработке небольших электронных устройств, приводимых в действие… человеческим потом.

В прошлом году исследователи из Университета Калифорнии в Сан-Диего (UCSD) представили датчик, изготовленный в виде временной татуировки, накладываемой на кожу человека, который способен постоянно контролировать уровень содержания лактата в поте спортсмена во время тренировки. А теперь исследователи использовали эту технологию для создания биобатареи, которая питается от пота, что может привести к разработке небольших электронных устройств, приводимых в действие… человеческим потом.

Как известно, уровень лактата в крови или поте определяет степень усталости человека. Гибкий датчик, разработанный учеными из UCSD, содержит специальный фермент лактоксидаза, который, взаимодействуя с лактатом в электрохимической реакции, генерирует слабый электрический ток. Временная татуировка с датчиком, напечатанным на подложку с помощью обычной трафаретной печати, накладывается на плечо спортсмена, и затем измеряется производимый электрический ток, сила которого прямо пропорциональна уровню лактата в поте.

Исследователи создали биоаккумулятор, также в виде временной тату, где анод содержит тот же, удаляющий электроны из лактата, фермент, что и в датчике, а катод содержит молекулу, который принимает электроны. В целях проверки новых биоаккумуляторов исследователи наклеили их на верхнюю часть предплечья 15-ти добровольцев, которые занимались на велотренажере.

Ученые обнаружили очень интересный факт: разные люди генерировали разные объемы электроэнергии. От менее тренированных людей биобатареи получали больше электроэнергии, чем от тех, кто занимался на велотренажерах довольно часто. Это, по всей видимости, объясняется тем, что нетренированные люди быстрее устают, и уровень лактата в их поте повышается быстрее. Наибольший объем электроэнергии, который удалось сгенерировать за все время экспериментов, составлял 70 микроватт на квадратный сантиметр кожи.

Конечно, нынешний прототип биобатареи имеет размеры всего 2 х 3 мм, и он может вырабатывать всего 4 микроватт – этого недостаточно для питания даже очень маленьких электронных устройств, например, часов, которым требуется не менее 10 микроватт электроэнергии. Но ученые работают над проблемой увеличения мощности биобатареи, а также над способом сохранения выработанной электроэнергии.

Среди преимуществ новой биобатареи ученые указывают отсутствие химических веществ, взрывобезопасность и возможность использовать возобновляемые источники энергии, к которым теперь можно причислить и человеческий пот.

Просмотров: 44

Cолнечные батареи и бактерии превратят транспорт в микробных гибридов

Воскресенье, 27 Сентября 2015

Ученые придумали новый способ получить пользу от энергии Солнца. Они использовали микробные биобатареи, чтобы эффективно подключить солнечные батареи к электрическим транспортным средствам. Это может значительно повлиять на стоимость инфраструктуры электромобилей и сделать батареи бесконечно обновляемыми.

В будущем преимущество молекул над электронами будет более значительным, потому что они дают возможность хранить больше энергии с меньшим весом, чем традиционные электрические системы батарей.

Когда дело доходит до поездки, то чем дальше она, тем большая стоимость транспортировки энергии. Электрические батареи действительно очень тяжелые. Причем требуется большое количество времени, чтобы перезарядить батарею заново. Именно поэтому для больших морских кораблей, грузовиков и авиации всегда в фаворе было только ископаемое или биотопливо. Вот почему электрические двигатели отлично подходят лишь для муниципального транспорта и транспорта малой грузоподъемности.

Поэтому исследователи усиленно работают над созданием новой гибридной технологии, которая будет использовать электроэнергию из возобновляемых источников для создания стабильного топлива, которое может храниться более эффективно, или использовать плотный органический материал для генерации возобновляемой электроэнергии для питания электродвигателя.

В то же время, подзарядка электрической батареи будет длиться несколько секунд, а не часы.

Есть уже более десятка технологий, где применяются микробные топливные элементы, микробные клетки электролиза, микробные клетки метаногенеза, микробный обратный электродиализ электролизеры и микробные клетки-опреснители.

На основе микробных топливных элементов за последние несколько лет были сделаны два фундаментальные прорыва.

Ученые обнаружили, что могут непосредственно использовать сточные воды или любой биоразлагаемый материал для производства электроэнергии, и при этом нет необходимости в специальных химических реагентах.

В то же время в университете штата Массачусетс было обнаружено, что “некоторые микроорганизмы могут питаться электричеством. Микроорганизмы живут на поверхности электродов, потребляя электроны выпущенные с электродом в качестве источника энергии. Микроорганизмы используют углекислый газ точно так же, что люди используют кислород. Микроорганизмы “дышат” в двуокиси углерода и преобразовывают его в органические соединения, которые потом “выдыхают”.

– Когда бактерии находятся в анодной камере специально разработанного топливного элемента, свободного от кислорода, они прикрепляются к электроду. Потому что у них нет кислорода, они должны передавать электроны, которые получают от потребления (окисления) их еды куда-то еще, и потому передают их электроду. Далее в микробном топливном элементе эти электроны переходят к аноду, в то время как противоположный электроды (катоды) контактируют с кислородом. На катоде электроны, кислород и протоны в совокупности образуют только воду. Эти два электрода находятся на разных потенциалах (около 0,5 В), создавая биобатареи (если система была разряжена) или топливный элемент (если постоянно подкармливать бактерии), – говорят ученые.

Что самое важное – можно превращать солнечную энергию в стабильное топливо, используя микробный электросинтез. Бактерии могут производить уксусную кислоту, этанол, бутанол или бутандиол. Это топливо может параллельно храниться – а это то, чего не могут современные солнечной технологии без дорогостоящих аккумуляторных батарей или схем хранения энергии.

Благодаря микробам можно очистить сточные воды, а затем использовать микробный топливный элемент для производства электроэнергии. К тому же, совершенно не сложно создавать благодаря бактериям даже водород.

Также микробные топливные элементы можно установить в электрокаре, что позволит ездить на солнечной энергии. Таким образом можно воспользоваться давно доступными электрическими технологиями двигателя, но преодолеть ограничения традиционных батарей и проблемы долгой повторной зарядки.

Тем временем команда исследователей во главе с Элизабет Гейдрих из университета Ньюкасла в Англии завершила 12-месячные опытно-промышленные испытания 100-литровой микробной установки электролиза, которая “производит в среднем 0,6 литров водорода в день. Производство газа была непрерывным, хотя со временем уменьшилось. В среднем 48,7% потребленной электрической энергии было восстановлено с кулоновской эффективностью 41,2%”.

Как отметила исследовательская группа, их “эксперимент установил, что биологический процесс в микробных клетках электролиза будет работать даже при низких температурах с реальными сточными водами на протяжении длительных периодов. Тестирование продемонстрировало надежность и долговечность биоэлектрохимических систем”.

В будущем вполне можно было бы заменить электрические батареи на более эффективные, легкие и удобные биобатареи.

В практическом смысле, лучшее место для производства солнечного топлива находится непосредственно рядом с источником солнечной электроэнергии. После производства топлива появляется вопрос о его доставке – и ее можно осуществлять через любое количество инфраструктур без необходимости строить электролинии или станции повторной заправки. Сразу после помещения в транспортное средство, микробный топливный элемент начинает преобразовывать топливо в электроэнергию, питания электродвигатель.

К примеру, есть бактерии, которые вырабатывают топливо с помощью фотосинтеза. Они не столь эффективные, как солнечные батареи, но технология стоит гораздо дешевле. Такое топливо, к примеру, продает американская компания Joule and Algenol. Им удалось добиться производства разных видов напрямую от Солнца и удалить большую часть систем-посредников, что позволяет их горючему конкурировать даже с нефтью по цене в 50 долларов.

Есть топливные элементы и с прямым производством этанола, и транспортное средство, использующие раннюю версию этой технологии, принимало участие в соревнованиях Shell Eco-marahon во Франции в 2007 году.

К сожалению, данная технология находится лишь на начальной стадии, но реальный прогресс не стоит на месте. Если удастся добиться полной технической готовности, то глобальная революция всех видов транспорта начнется уже в 21 или 22 веке. А учитывая, что можно заправляться на месте, эта технология решает самые насущные проблемы электромобилей.

Сахарная биобатарея с высокой энергетической плотностью на основе синтетического ферментативного пути

Химические вещества

Все химические вещества, включая мальтодекстрин (эквивалент глюкозы 4,0–7,0, то есть измеренная степень полимеризации 19), VK ₃ , никотинамидадениндинуклеотид (NAD, включая как окисленную форму (NAD ⁺ ), так и восстановленную форму (NADH)), поли-L-лизин (PLL, молекулярная масса, ~ 70–150 кДа), дитиотреитол (DTT), 1 – (3-диметиламинопропил) -3-этилкарбодиимида гидрохлорид (EDC) и N-гидроксисукцинимид имели степень чистоты реагента или выше и были приобретены у Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США) или Fisher Scientific (Питтсбург, Пенсильвания, США), если не указано иное. отметил.Рестрикционные ферменты, Т4-лигаза и ДНК-полимераза Phusion были приобретены в New England Biolabs (Ипсвич, Массачусетс, США). Олигонуклеотиды были синтезированы компанией Integrated DNA Technologies (Coraville, IA, USA) или Fisher Scientific. Копировальная бумага (AvCarb MGL200), используемая в анодах, была приобретена у Fuel Cell Earth (Стоунхэм, Массачусетс, США). Узлы мембранных электродов, состоящие из мембран Nafion 212 и катода из углеродной ткани, модифицированного 0,5 мг / см ^-2 Pt, были приобретены в магазине топливных элементов (Сан-Диего, Калифорния, США).Многослойные углеродные нанотрубки с функционалом COOH с внешним диаметром <8 нм и длиной 10–30 мкм были приобретены на сайте CheapTubes. com (Браттлборо, Вирджиния, США). Регенерированная аморфная целлюлоза, используемая для очистки ферментов, была получена из Avicel Ph205 (FMC, Филадельфия, Пенсильвания, США) путем ее растворения и регенерации, как описано в другом месте ⁴³ . Escherichia coli Top10 использовали в качестве клетки-хозяина для манипуляций с ДНК, а E. coli BL21 Star (DE3) (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) использовали в качестве клетки-хозяина для экспрессии рекомбинантного белка.Среда Лурия-Бертани, включающая либо 100 мг / л ^-1 ампициллина, либо 50 мг / л ^-1 канамицина, была использована для роста клеток E. coli и экспрессии рекомбинантного белка ²⁵ .

Производство и очистка рекомбинантных ферментов

Штамм E. coli BL21 Star (DE3), несущий плазмиду экспрессии белка, инкубировали в 1-литровой колбе Эрленмейера с 250 мл среды Луриа-Бертани, содержащей 100 мг / л ^-1 ампициллин или 50 мг л ^-1 канамицин.Клетки выращивали при 37 ° C с роторным встряхиванием со скоростью 250 об / мин. до тех пор, пока поглощение культуры клеток при 600 нм не достигнет 0,6–0,8. Экспрессию белка индуцировали добавлением 100 мкМ изопропил-β-D-тиогалактопиранозида во время инкубации при 18 ° C в течение ночи. Клетки собирали центрифугированием при 4 ° C и один раз промывали 20 мМ HEPES (pH 7,5), содержащим 0,3 М NaCl. Осадки клеток ресуспендировали в том же буфере и лизировали ультразвуком (Fisher Scientific Sonic Dismembrator Model 500; 5-секундные импульсы включения и выключения, всего 300 секунд при 50% амплитуде).После центрифугирования целевые белки в супернатантах очищали. Для очистки различных рекомбинантных белков использовали три подхода (дополнительная таблица S1). Белки, меченные His, очищали с помощью Ni-Charged Resin Profinity IMAC (Bio-Rad, Геркулес, Калифорния, США). Слитые белки, содержащие целлюлозно-связывающий модуль и интеин самоотщепления, очищали посредством высокоаффинной адсорбции на регенерированной аморфной целлюлозе с большой площадью поверхности ^44,45 . Осаждение при нагревании при 80 ° C в течение 20 мин использовали для очистки рибозо-5-фосфат-изомеразы, рибулозо-5-фосфат-эпимеразы, триозофосфат-изомеразы (TIM) и альдолазы ^46,47 .Чистоту рекомбинантных белков проверяли с помощью SDS-PAGE (дополнительный рис. S1).

Анализы активности ферментов

Clostridium thermocellum Активность αGP определяли в 100 мМ буфере HEPES (pH 7,5), содержащем 1 мМ MgCl ₂ , 5 мМ DTT, 30 мМ мальтодекстрин и 10 мМ фосфат натрия при 23 ° C в течение 5 дней. мин. Реакцию останавливали добавлением HClO ₄ и нейтрализовали КОН. Глюкозо-1-фосфат измеряли с использованием набора для анализа глюкозо-гексокиназы / G6PDH (Pointe Scientific, Кантон, Мичиган, США) с добавлением PGM ⁶ .

C. thermocellum Активность PGM измеряли в 100 мМ буфере HEPES (pH 7,5), содержащем 5 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ MnCl ₂ и 5 мМ глюкозо-1-фосфат при 23 ° C в течение 5 мин. Продукт g6p определяли с использованием набора для анализа гексокиназы / G6PDH ⁴⁸ .

Geobacillus stearothermophilus Активность G6PDH определяли в 100 мМ буфере HEPES (pH 7,5), содержащем 100 мМ NaCl, 2 мМ g6p, 2 мМ NAD ⁺ , 5 мМ MgCl ₂ и 0.5 мМ MnCl ₂ при 23 ° C. Увеличение поглощения из-за образования НАДН измеряли при 340 нм ²³ .

Morella thermoacetica Активность 6PGDH измеряли в 100 мМ буфере HEPES (pH 7,5), содержащем 2 мМ 6-фосфоглюконат, 2 мМ NAD ⁺ , 5 мМ MgCl ₂ и 0,5 мМ MnCl ₂ при 23 °. C в течение 5 мин. ²³ .

Thermotoga maritima Активность рибозо-5-фосфат-изомеразы определяли с использованием модифицированного цистеин-карбазольного метода Диша ⁴⁶ .

T. maritima Активность рибулозо-5-фосфатэпимеразы определяли на субстрате D-рибулозо-5-фосфат, как описано ранее ³¹ .

Thermus thermophilus активность транскетолазы измеряли в буфере 50 мМ Трис / HCl (pH 7,5), содержащем 0,8 мМ D-ксилулозо-5-фосфат, 0,8 мМ D-рибозо-5-фосфат, 5 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ тиаминпирофосфат, 0,15 мМ НАДН, 60 ед. мл ^-1 TIM и 20 ед. мл ^-1 глицерин-3-фосфатдегидрогеназы.Реакцию начинали с добавления транскетолазы при 23 ° C. Продукт D-глицеральдегид-3-фосфат определяли количественно по потреблению НАДН, измеренному при 340 нм в течение 5 мин.

Активность трансальдолазы T. maritima определяли, как сообщалось ранее ⁴⁹ .

T. thermophilus Активность TIM определяли в 50 мМ Трис / HCl (pH 7,5), содержащем 5 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ MnCl ₂ , 0,5 мг мл ^-1 BSA, 20 U мл ^{– 1} глицерин-3-фосфатдегидрогеназы и 0.25 мМ НАДН ³¹ .

T. thermophilus фруктозо-1,6-бисфосфатальдолазу анализировали в 50 мМ трис / HCl буфере (pH 7,5) при 23 ° C с 1,9 мМ фруктозо-1,6-бисфосфатом в качестве субстрата. Глицеральдегид-3-фосфатный продукт количественно определяли с 0,15 мМ NADH, 60 ед. Мл ^-1 TIM и 20 ед. Мл ^-1 глицерин-3-фосфатдегидрогеназы при 340 нм ³⁹ .

T. maritima Активность фруктозо-1,6-бисфосфатазы определяли на основании высвобождения фосфата ⁴⁵ .

C. thermocellum активность фосфоглюкозоизомеразы анализировали при 23 ° C в 100 мМ HEPES (pH 7,5), содержащем 10 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ MnCl ₂ и 5 мМ фруктозо-6-фосфат ⁵⁰ . Через 3 мин реакцию останавливали добавлением HClO ₄ и нейтрализовали КОН. Продукт g6p анализировали при 37 ° C с помощью набора для анализа гексокиназы / G6PDH.

G. stearothermophilus Активность DI определяли в 10 мМ растворе PBS, содержащем 0.16 мМ НАДН и 0,1 мМ дихлорфенолиндофенол при 23 ° C. Уменьшение оптической плотности при 600 нм из-за расхода дихлорфенолиндофенола измеряли с помощью спектрометра ^23,51 .

Активность G6PDH и DI, иммобилизованных на электродах из углеродной бумаги, анализировали в тех же условиях, что и для свободных ферментов. Реакцию запускали путем погружения электродов в раствор подложки при 23 ° C. После извлечения электродов из реакционных сосудов измеряли изменения оптической плотности реакционных растворов, как описано для анализов G6PDH и DI.

Препарат ферментного анода

Аппарат EFC с воздушным дыханием показан на дополнительном рисунке S2. Реакционный объем анодного отсека составлял 15 мл. Электролит деоксигенировали продувкой сверхчистым азотом в течение 30 мин. Электролит перемешивали с помощью магнитной мешалки при 600 об / мин. Мембрана Nafion 212 использовалась для разделения анода и катода, поверхность которых была покрыта 0,5 мг / см ^-2 Pt. Анодный отсек представлял собой стеклянный контейнер с электролитом, снабженный резиновой пробкой для герметизации анодного отсека.

Два метода иммобилизации ферментов были использованы для изготовления анодов, снабженных иммобилизованными ферментами. Метод 1 основан на улавливании ферментов в нафион, модифицированный солью четвертичного бромида аммония. Смесь литейного раствора готовили путем добавления 39 мг TBAB к 1 мл 5% суспензии Nafion 1100 EW (Ion Power, Inc., Нью-Касл, Делавэр, США). После сушки в течение ночи смесь промывали 3,5 мл 18 МОм деионизированной воды и ресуспендировали в 1 мл изопропанола. Смесь ферментного раствора состояла из 1 единицы G6PDH, 40 единиц DI, 1 мМ NAD ⁺ и 0.29 М ВК ₃ . Анод из копировальной бумаги покрывали смесью 100 мкл раствора для литья и 100 мкл раствора фермента и сушили при комнатной температуре. Метод 2 основан на ковалентной связи между ферментами и УНТ. Для покрытия копировальной бумаги использовали 10 мкл 2% -ного (вес. / Об.) Раствора PLL с последующим добавлением 20 мкл 25 мМ EDC. Между тем, УНТ с 2,5% мас. / Об. COOH суспендировали в 50% растворе этанола и обрабатывали ультразвуком в течение 30 мин. Затем копировальную бумагу обрабатывали 40 мкл раствора, содержащего УНТ, и сушили при комнатной температуре.Затем добавляли еще 10 мкл 400 мМ EDC и 10 мкл 100 мМ N -гидроксисукцинимида с последующим добавлением 1 единицы G6PDH, 40 единиц DI, 1 мМ NAD ⁺ и 10 мкл 0,29 M VK. ₃ раствор ацетона. Оба типа анодов с иммобилизованными ферментами хранили в 100 мМ буфере HEPES, содержащем 2 мМ NAD ⁺ и 100 мМ NaNO ₃ , при 4 ° C перед использованием.

Для приготовления неиммобилизованных ферментных анодов 1 или 3 мг УНТ были добавлены на поверхность 1 см копировальной бумаги ² (AvCarb MGL200) от Fuel Cell Earth с использованием PLL (молекулярная масса, ~ 70–150 кДа), как описано ранее ²³ .На сухой анод, содержащий УНТ, под колпаком наносили 10 или 30 мкл раствора 0,29 М VK ₃ , растворенного в ацетоне. После 2 ч испарения ацетона нерастворимый в воде VK ₃ осаждался на аноде посредством физической адсорбции.

Электрохимическая характеристика EFC

Все электрохимические испытания были выполнены с использованием мультипотенциостата 1000B (CH Instruments Inc., Остин, Техас, США), подключенного к персональному компьютеру (ПК). Экспериментальные данные, относящиеся к выходным токам и мощности, были нормированы на 1 см ² анодной площади, поскольку реакция, происходящая на аноде, была этапом ограничения скорости, а окисление протонов, опосредованное Pt, в сборках мембранных электродов не ограничивало скорость.Измерения потенциала холостого хода и линейная вольтамперометрия с разверткой проводились при скорости сканирования 1 мВ с ^-1 .

Для сравнения выработки энергии от иммобилизованных и неиммобилизованных ферментных EFC (рис.1) электролиты содержали 10 мМ g6p, 100 мМ буфер HEPES (pH 7,5), 2 мМ NAD ⁺ , 10 мМ MgCl ₂ и 0,5 мМ MnCl ₂ . Одна единица G6PDH и 40 единиц DI были либо иммобилизованы на электродах, либо растворены в электролите.

При использовании мальтодекстрина в качестве субстрата (рис. 2) электролиты содержали 100 мМ HEPES-буфер (pH 7,5), неиммобилизованные ферменты, 0,1 мМ мальтодекстрин, 4 мМ NAD ⁺ , 4 мМ фосфат натрия, 10 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ MnCl ₂ , 5 мМ DTT и 0,5 мМ тиаминпирофосфат. EFC с одной дегидрогеназой содержал первые три фермента плюс DI. EFC с двумя дегидрогеназами содержал первые четыре фермента плюс DI. EFC, используемый для полного окисления мальтодекстрина, содержал все 13 ферментов.Условия загрузки фермента показаны в дополнительной таблице S1.

Полное окисление мальтодекстрина измеряли (рис. 2c и дополнительный рис. S4) в 100 мМ буфере HEPES (pH 7,5), содержащем 10 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ MnCl ₂ , 4 мМ NAD ⁺ , 4 мМ фосфата натрия, 5 мМ DTT и 0,5 мМ тиаминпирофосфата. Чтобы предотвратить микробное заражение, 50 мг / л ^-1 канамицина, 40 мг л ^-1 тетрациклина, 40 мг л ^-1 циклогексимида и 0.Добавляли 5 г l ^-1 азида натрия. Для повышения стабильности смеси ферментов добавляли 1 г л ^-1 BSA и 0,1% Triton X-100 ⁴⁸ . Условия загрузки фермента показаны в дополнительной таблице S1. Амперометрию проводили при 0 В для достижения максимальной плотности тока. EFC с 0,2 мМ g6p запускали в течение 2 дней до получения почти нулевого тока перед добавлением раствора 0,1 мМ мальтодекстрина (то есть ~ 1,9 мМ глюкозы). Полное окисление мальтодекстрина заняло ~ 1 неделю при комнатной температуре, а оставшийся мальтодекстрин был количественно определен с использованием набора для анализа крахмала SA-20 (Sigma-Aldrich).Эффективность Фарадея была рассчитана согласно

, где F _{MD − current} – эффективность Фарадея, C _total – общий генерируемый заряд ( C ), Δc _{единиц глюкозы} = c _{начальный} -c _{остаток} (М), V – реакционный объем (л), 24 представляет 24 электрона, генерируемых на одну израсходованную единицу глюкозы, а F – постоянная Фарадея. Также был проведен контрольный эксперимент без мальтодекстрина (дополнительный рис.S4).

Для дальнейшего увеличения плотности мощности EFC мы оптимизировали несколько факторов (дополнительный рисунок S5). Электролит представлял собой буфер 100 мМ HEPES (pH 7,5), содержащий 20 мМ g6p, 10 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ MnCl ₂ , 8 мМ NAD ⁺ , 4 мМ фосфат натрия, 0,5 мМ пирофосфат тиамина и G6PDH. Все эксперименты проводились в следующем порядке: загрузка УНТ (1, 3 или 5 мг на электрод), количество уложенных вместе электродных листов (1, 3 или 6), загрузка фермента (1, 5, 10 или 30 единиц) и температура реакции (23, 50, 65 и 80 ° C).

Наилучшим условием EFC был буфер 100 мМ HEPES (pH 7,5), 10 мМ MgCl ₂ , 0,5 мМ MnCl ₂ , 4 мМ NAD ⁺ , 0,5 мМ тиаминпирофосфат, 5 мМ DTT, 15% (мас. / v) мальтодекстрин, 40 мМ фосфата натрия в качестве субстратов и условия ферментной нагрузки 30 единиц 1–4 ферментов, 10 единиц 5–12 ферментов, 80 единиц ДИ, 50 мг на л ^–1 канамицин, 40 мг на литр ^-1 тетрациклин, 40 мг л ^-1 циклогексимида и 0,5 г л ^-1 азида натрия.Для длительной бесперебойной работы было приложено внешнее сопротивление 150 Ом. Плотность мощности измерялась в течение 60 ч при 23 ° C (рис. 3).

Биобатареи: вывод аккумуляторных технологий на новый уровень

Если вы следили за давней конкуренцией между электромобилями и автомобилями, работающими на топливе, вы знаете основы.Электродвигатели имеют более высокий КПД, чем двигатели внутреннего сгорания, но у электромобилей есть короткие запасы хода, потому что батареи не обладают плотностью энергии жидкого топлива, они тяжелые, дорогие и требуют много времени для перезарядки.

В настоящее время фаворитом среди передовых аккумуляторных технологий является литий-ионный аккумулятор, который может обеспечить реальный запас хода к северу от 200 миль для седана Tesla S, но Tesla S стоит 4600–4900 фунтов и стоит от 70 000 долларов. и 100 000 долларов.

Итак, нам еще предстоит пройти путь до того, как полностью электричество станет доминирующим в продажах автомобилей.

Путь к батареям на биологической основе с трехкратной максимальной эффективностью на сегодняшний день

Одна из аккумуляторных технологий, которая может изменить правила игры, – это литий-воздушная батарея. Возвращаясь к теории батареи, вы получаете поток электронов, потому что на положительном конце батареи вы создаете свободные электроны за счет восстановления, а они выходят из отрицательного конца в результате окисления. Не нужно вдаваться в подробности – просто сосредоточьтесь на окислении, то есть вам нужен кислород, которым обычно заряжены батареи.А кислород прибавляет в весе.

Отсюда и литий-воздушный аккумулятор. Во многом действует как литий-ионный аккумулятор, только он потребляет кислород из воздуха. Следовательно, он меньше весит и более эффективен. В 3 раза больше возможностей литий-ионных аккумуляторов – это обещание, которое наблюдается в лабораториях.

Решение проблем в литий-воздушной среде, ограничения в литий-ионной смеси

Угол на биологической основе в этом? Bio решает три непростых задачи по превращению литий-воздушной смеси в реальность: стабильность, скорость разряда и перезарядки, а также стоимость производства.

Используемая технология мало чем отличается от процесса, с помощью которого морской организм строит раковину. От моллюсков до морского ушка, у них есть метаболический процесс, с помощью которого они извлекают кальций из морской воды и используют кальций для накопления узорчатой ​​структуры.

Команда под руководством Анжелы Белчер из Массачусетского технологического института, у которой был предыдущий технологический прорыв, который в настоящее время лежит в основе технологии Siluria, если упомянуть один, использует модифицированный вирус, известный как M13, который извлекает марганец из воды и накапливает оксид марганца в структура размером с наноматериал, известная как нанопроволока, которая может проводить ток.

Как вы знаете, оболочки имеют грубую текстуру снаружи и большую площадь поверхности из-за этой текстуры, и нанопроволоки M13 обладают такими же качествами. Итог, это резко увеличивает скорость заряда и разряда – и M13 работает при нормальных условиях комнатной температуры. Кроме того, они более стабильны, чем нанопровода, полученные химическим, а не органическим способом.

Биологический путь к 10-кратной эффективности

Топливные элементы обладают гораздо большей эффективностью, чем воздушно-литиевые батареи.В типичном топливном элементе используется накопленный водород, и в процессе его смешивания с кислородом, взятым из воздуха, образуется вода и поток электронов. Когда речь идет об эффективности двигателя и экологической привлекательности, речь идет о Nirvana, потому что у вас есть КПД электродвигателя, а единственным источником выбросов является вода.

Но есть проблема с водородом. Его сложно хранить в замкнутом пространстве, он взрывоопасен и обычно производится по экономичным ценам только из нефти.Ой, вот и диапазон, стабильность и зеленая привлекательность. Но помощь уже в пути.

Раствор – излюбленный источник энергии в органическом мире. Вы догадались, сладкая. Да, глюкоза. Он намного более энергетически плотен, чем водород, в соотношении джоуль / куб.см, он стабилен, широко доступен и экологичен.

А как получить электрический поток из сахара? Вот тут и приходит на помощь технология топливных элементов.

Команда из Технологического института Вирджинии недавно продемонстрировала небольшую практическую систему, которая работает как топливный элемент, который использует ферменты для извлечения электричества из глюкозы.Всего 13 ферментов и воздухозаборник. Заголовки из отчета Nature Communications :

24 электрона на глюкозную единицу мальтодекстрина… максимальная выходная мощность 0,8 мВт / см2 и максимальная плотность тока 6 мА / см2, что намного выше, чем значения для систем на основе иммобилизованных ферментов… Ферментативные топливные элементы, содержащие 15-процентный (мас. / об.) раствор мальтодекстрина имеет плотность накопления энергии 596 Ач / кг. что на порядок выше, чем у литий-ионных аккумуляторов.

Итог

Как видно из диаграммы ниже, плотность энергии намного превосходит литий-ионные технологии, и только метанольные топливные элементы показывают более высокую плотность энергии. Итак, у вас есть метанол или сахар как путь к производству бортовой электроэнергии для будущего поколения автомобилей.

А разве это не элегантное решение? В конце концов, грязный секрет электромобилей заключается в том, что, поскольку они обычно заряжаются в местах, где для выработки электроэнергии используется природный газ или уголь, они действительно являются высокоэффективными транспортными средствами, работающими на природном газе или угле.Он не будет полностью возобновляемым, пока не появится намного больше возобновляемых источников энергии.

Это первые дни. Мы еще не увидели масштабных затрат или разработанного производственного процесса. Или выходы, которые бы управляли автомобилем. Назовем это «ранними, ранними, ранними днями».

Но пока вот «зеленый» результат – производство электроэнергии из сахаров. Который, в свою очередь, можно производить как дешевый энергоемкий накопитель из CO2, солнечного света и воды. Такие компании, как Proterro, сейчас демонстрируют использование бактерий для работы, или как Мать-природа делает каждый день с сахарным тростником, кукурузой, травами и т. Д.

Это было бы энергоэффективно, с отрицательными выбросами и действительно круто.

Эта статья была первоначально опубликована в Biofuels Digest и переиздана с разрешения.

Масштабируемая биобатарея на основе пряжи для сбора биохимической энергии в интеллектуальных тканях

Особенности

•

Мы создали встраиваемую, гибкую и легко масштабируемую биобатарею на основе пряжи.

•

Биобатарея 1-D использовала микроорганизмы в качестве биокатализатора для сбора электронов из микробного метаболизма.

•

Эта биобатарея из пряжи может быть легко преобразована в 2-х или 3-х мерные батареи.

Реферат

Волоконно-волоконные источники питания, которые можно легко интегрировать в ткани, имеют большое значение для разработки интеллектуальных тканей. В связи с этим возможное использование микробных топливных элементов (MFC) и биобатареи в качестве источников питания не было полностью изучено из-за таких проблем, как большой размер устройства, низкая удельная мощность, трудности в интеграции устройств и работе стека.Здесь представлена ​​встраиваемая, гибкая и легко масштабируемая биобатарея на основе пряжи, которая вырабатывает зеленую электроэнергию за счет дыхания бактерий. Эта биобатарея состоит из одной анодной и одной катодной пряжи, которые изготовлены из материалов, пригодных для обработки в растворе, для простоты изготовления. Выходная мощность этой биобатареи легко масштабируется, контролируя длину пряжи для параллельного соединения или путем последовательного соединения нескольких нитей. Максимальная плотность тока для 3-х последовательных, 2-х параллельных и одиночных биобатарей составляет 110.65 А · м ⁻³ , 277,10 А · м ⁻³ и 315,45 А · м ⁻³ , соответственно. Максимальная плотность мощности составляет 22,10 Вт · м ⁻³ , 19,14 Вт · м ⁻³ и 22,12 Вт · м ⁻³ соответственно. Более того, эти биобатареи на основе пряжи потенциально могут быть связаны или вплетены в интеллектуальную упаковку или вышиты на более крупных интеллектуальных тканях, активизируя реальные приложения, такие как устройства Интернета вещей (IoT) и носимая электроника.

Ключевые слова

Биобатареи на основе пряжи

Микробные топливные элементы

Умный текстиль

Fibertronics

Электрогенные бактерии

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2020 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Что такое биобатарея – принцип работы, типы, применение и потенциал

Батарея – это электрическое устройство, которое используется для преобразования химической энергии в электрическую. Батареи подразделяются на разные типы в зависимости от области применения, и они используются в нескольких электрических, а также электронных устройствах. Электрическая батарея содержит определенные химические вещества, такие как соединения ртути, свинца и т. Д., А свинец батареи чрезвычайно опасен по своей природе и не экологически безопасен.Помимо этого, существует вероятность утечки химикатов, а в некоторых случаях – взрыва батареи. Чтобы решить эту проблему, исследователи изобрели био-батарею, которая уменьшила воздействие этих химикатов и уменьшила вред окружающей среде, что дает большое преимущество людям.

Что такое био-батарея?

Батарея Bio – это устройство хранения электроэнергии, которое используется в нескольких приложениях. Эта батарея может питаться с помощью органических соединений, которые доступны в форме глюкозы, которая используется в организме человека.

В процессе пищеварения человеческого тела, когда ферменты расщепляют глюкозу, высвобождаются электроны и протоны. Таким образом, используя ферменты для расщепления глюкозы, эти батареи будут получать энергию напрямую из глюкозы. Тогда эти батареи будут хранить энергию для будущих целей.

Эта идея примерно идентична тому, как растения и животные получают энергию. Хотя эти батареи все еще проверяются перед продажей. Многие исследователи и инженеры работают над будущей разработкой этих батарей.

Конструкция биологической батареи

Конструкция биологической батареи может быть выполнена с использованием четырех компонентов, таких как анод, катод, электролит и сепаратор.

Все эти четыре компонента покрыты друг другом, поэтому они складываются вместе. Как и в других батареях, в этих батареях анод заряжен отрицательно, а катод – положительно. Основное различие между анодом и катодом позволяет потоку электронов внутри и от них.В конструкции биобатареи анодный вывод размещается в верхней части батареи, а катодный вывод размещается в нижней части батареи. Между этими двумя выводами помещен электролит, который включает сепаратор.

Здесь разделитель играет ключевую роль, отделяя анодные и катодные выводы друг от друга, что позволяет избежать короткого замыкания, иначе вся батарея будет повреждена. В этой системе электричество будет генерироваться потоком электронов, а также протонов.Поскольку основным источником энергии биобатареи является глюкоза, для выработки электричества требуется большое количество глюкозы. В биобатареи расщепление глюкозы может происходить по тому же правилу, в то время как в организме человека она расщепляется на мелкие кусочки.

Принцип работы биологической батареи

Работа биологической батареи показана под диаграммой. Эта система использует поток электронов, а также протоны для выработки электричества. Движение протона может происходить из-за движущей силы, известной как ток.Электроны могут течь от анода к катоду, а ток – от катода к аноду. Рабочий процесс биобатареи обсуждается ниже.

• На приведенном выше рисунке глюкоза используется на стороне анода, тогда как фермент используется на стороне катода
• Глюкоза расщепляется на электроны и протоны
• Поток протонов может перемещаться на сторону катода через сепаратор и Электроны потока могут перемещаться к катодной стороне через посредник.
• На стороне катода используются ферменты, которые генерируют воду как протонами, так и электронами, перемещаемыми со стороны анода.Здесь используется реакция восстановления кислорода.
• Вышеупомянутые реакции будут генерировать как электроны, так и протоны в системе. Наконец, будет производиться электроэнергия.

Типы биобатарей

Биобатареи подразделяются на несколько типов, такие как ферментативные биобатареи, микробные биобатареи, биобатареи на основе биологических жидкостей, биобатареи на основе целлюлозы и т. Д. Обычно используемые батареи – это ферментативная биобатарея, микробная биобатарея.

1) Ферментная биобатарея: В батареях этого типа биохимические агенты (ферменты) используются для разрушения субстрата.

2) Микробная биобатарея: В батареях этого типа для разрушения субстрата используются такие микроорганизмы, как кишечная палочка, электрические бактерии.

Преимущества биобатареи

• Биобатареи намного быстрее заряжают устройства из-за быстрого действия ферментов по сравнению с другими батареями.
• Био-батареи не требуют внешнего источника питания из-за постоянного поступления глюкозы или сахара.
• Биобатареи отличаются высокой плотностью энергии и могут легко использоваться при комнатной температуре.
• Биобатареи абсолютно экологически чистые, возобновляемые и экологически чистые.
• Биобатареи очень безопасны в использовании из-за отсутствия утечек и взрывов, как химические батареи.

Недостатки биобатареи

• Биобатареи сохраняют меньше энергии по сравнению с электрическими батареями на литиевой основе.
• Эти батареи нельзя использовать как для длительного хранения, так и для хранения.

Области применения биобатареи

Области применения биобатареи включают следующее.

• Биобатареи используются в медицинских имплантатах, таких как кардиостимуляторы, инсулиновые помпы и т. Д.
• Его можно использовать в качестве зарядного устройства для электронных устройств, таких как сотовые телефоны, планшеты, блоки питания и т. Д. для игрушек, а также для поздравительных открыток
• Биобатареи используются в оборонной сфере в устройствах дистанционного зондирования, шпионских устройствах, а также для наблюдения.

Таким образом, это все о конструкции биобатареи, работе, преимуществах и недостатках биологической батареи и ее применениях. В последние дни производство этих батарей, а также исследования были увеличены благодаря многим функциям, таким как экологичность и отсутствие использования металлов или опасных химикатов. Вот вам вопрос, как сделать био-батарею?

Когда-нибудь все будет подключено к Интернету, и эта биобатарея может помочь – ScienceDaily

В будущем небольшие устройства из бумаги и пластика смогут подключаться к Интернету на короткое время, предоставляя информацию обо всем, от здравоохранения до потребителя. продукты, прежде чем их выбросить.Исследователи из Бингемтонского университета штата Нью-Йорк разработали микробиологическую батарею, которая может питать эти одноразовые датчики.

Интернет одноразовых вещей – это явление, при котором беспроводные датчики подключаются практически к любому типу устройств, чтобы предоставлять актуальную информацию через Интернет. Например, датчик может быть прикреплен к упаковке пищевых продуктов для контроля свежести продуктов внутри.

«Интернет одноразовых вещей (IoDT) – это новая парадигма быстрого развития беспроводных сенсорных сетей», – сказал Сеохын Чой, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Бингемтонском университете.«Эта новая техника, созданная в небольшой, компактной одноразовой упаковке по низкой цене, может недорого соединить вещи для работы только в течение запрограммированного периода, а затем быть легко выброшенной».

Предыдущие малогабаритные микробные топливные элементы Чоя страдали от низкой удельной мощности и энергоемкой работы с жидкостной подачей, поэтому он подумал, что маломощная одноразовая платформа для микробных топливных элементов на твердотельных батареях без жидкостной системы будет более подходящей. применимые и потенциально реализуемые.

«Раньше у моей группы было два направления: 1) одноразовые биобатареи на бумажной основе для одноразовых маломощных систем (например, биосенсоры) и 2) долговременные микробные топливные элементы для устойчивых приложений», – сказал Чой. «Биобатарея, которую мы разработали на этот раз, была своего рода комбинированной техникой этих двух; продолжительность работы была значительно увеличена за счет использования твердотельных отсеков, но устройство представляет собой форму батареи без сложных энергоемких систем подачи жидкости, которые типичны для микробного топлива. ячейки требуют.«

«Современные устройства IoDT в основном питаются от дорогих и экологически опасных аккумуляторов, что в конечном итоге приводит к значительному увеличению затрат и проблемам окружающей среды при их крупномасштабном развертывании», – добавил Чой. «Наша биобатарея недорогая, одноразовая и экологически чистая».

Choi находится в процессе интеграции последовательно соединенных биобатарей с преобразователем постоянного тока в постоянный.

История Источник:

Материалы предоставлены Бингемтонским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Сахарная биобатарея дольше литий-ионной | designnews.com

Исследователь из Технологического института Вирджинии разработал био-батарею, которая превращает сахар в энергию и имеет плотность энергии в 10 раз выше, чем у литий-ионных батарей.

Батарея, в которой в качестве источника энергии используются мальтодекстрины, полисахариды, полученные в результате частичного гидролиза крахмала, – работа Y.Х. Персиваль Чжан, доцент кафедры инженерии биологических систем Технологического колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Вирджинии и Инженерного колледжа.

Он раскрыл свое изобретение в статье, опубликованной в журнале Nature Communications в январе, и в настоящее время разрабатывает батарею в Cell-Free Bio Innovations, коммерческом дочернем предприятии Virginia Tech.

«Батарея представляет собой топливный элемент, в котором в качестве катализаторов используются ферменты из сахара вместо платины», – сказал он в интервью Design News.«Мы создаем синтетический путь, который впервые может полностью преобразовать химическую энергию сахаров в электричество».

Путь снимает все зарядовые потенциалы с сахара для выработки электричества в ферментативном топливном элементе. В нем также используются недорогие ферменты-биокатализаторы вместо платины, которая обычно используется в обычных батареях. В то время как мальтодекстрин является источником топлива для клеток, сахароза также является вариантом, и Чжан и исследователи из Cell-Free Bio Innovations также работают над созданием батареи на основе коки, сказал Чжан.

Поскольку конструкция представляет собой топливный элемент, удельная энергия биобатареи потенциально намного выше, чем у обычных литий-ионных батарей – в данном случае до 10 раз выше, – сказал нам Чжан. «Топливные элементы всегда имеют более высокую плотность энергии, чем батареи», – пояснил он. «В нашем случае нам не нужно позволять раствору сахара проходить через катализаторы. В самом деле, мы можем добавить сахар один раз и позволить ему постепенно высвобождать свою энергию. Это похоже на людей, которые едят пищу три раза в день и работают весь день. .Здесь мы используем медленно используемый сахар в качестве источника энергии ».

По словам Чжана, у сахарной батареи есть ряд других преимуществ по сравнению с обычными литий-ионными или другими элементами. Самый очевидный из них – это то, что он нетоксичен, потому что в нем не используются металлы, а также он негорючий, поскольку литий-ионные батареи показали иногда плачевные результаты. По его словам, утилизация использованных батарей также очень проста, так как элементы являются биоразлагаемыми.

Ячейка, разработанная Чжаном, также заряжается за несколько секунд, что намного быстрее, чем обычная батарея.

С другой стороны, выходная мощность батареи все еще довольно низкая, и у нее недолгий срок службы. В настоящее время плотность мощности элемента составляет 0,4 мВт / см ² – этого достаточно для питания ЖК-дисплея и цифровых часов, сказал нам Чжан. «Если мы хотим использовать смартфон, нам нужно увеличить удельную мощность в 5-10 раз», – сказал он. Команда работает над решением обеих этих проблем.

Cell-Free Bio Innovations надеется получить прототип жизнеспособной клетки для коммерциализации через три года.Приложения для батареи включают мобильные устройства, а также другую портативную электронику.

Похожие сообщения:

аккумуляторов | Специальный выпуск: биобатареи

Уважаемые коллеги,

Новое поколение устойчивых портативных источников энергии может появиться в сфере биоинженерии и биотехнологий. Биобатареи – это устройства преобразования энергии, основанные на биокаталитических процессах, биомиметиках, биоматериалах, материалах на основе биологических материалов или биологически улучшенных компонентах.Биобатареи вызвали значительный исследовательский интерес и получили признание в качестве «зеленой» альтернативы энергии будущего благодаря своей устойчивости, возобновляемости и экологическим свойствам. Однако, несмотря на их огромный потенциал, наша способность использовать потенциал технологии биобатарей отстает из-за отсутствия глубокого понимания механизмов сбора энергии из биологических материалов и фундаментальных факторов, которые максимизируют возможности биологической выработки энергии. .В этом специальном выпуске мы приветствуем обзорные статьи и оригинальные исследовательские работы, посвященные недавнему прогрессу и разработкам в области биобатарей, а также дальнейшим научным и технологическим проблемам. Этот специальный выпуск также посвящен новым технологиям преобразования биоэнергии в рамках новых и требовательных приложений.

Возможные темы включают, но не ограничиваются:

– Биологические топливные элементы
– Ферментные топливные элементы
– Микробные топливные элементы
– Био-солнечные элементы
– Батареи на основе биоматериалов
– Биоматериалы для батарей
– Системы управления биобатареями
– Новые технологии и применения биобатарей
– Конструкция био-аккумулятора

Доктор.Сеохын «Шон» Чой
Приглашенный редактор

Информация для подачи рукописей

Рукописи должны быть отправлены онлайн по адресу www.mdpi.com, зарегистрировавшись и войдя на этот сайт. После регистрации щелкните здесь, чтобы перейти к форме отправки. Рукописи можно подавать до установленного срока. Все статьи будут рецензироваться. Принятые статьи будут постоянно публиковаться в журнале (как только они будут приняты) и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска.Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения. Для запланированных статей название и краткое резюме (около 100 слов) можно отправить в редакцию для объявления на этом сайте.

Представленные рукописи не должны были публиковаться ранее или рассматриваться для публикации в другом месте (за исключением трудов конференции). Все рукописи тщательно рецензируются в рамках процесса простого слепого рецензирования. Руководство для авторов и другая важная информация для подачи рукописей доступна на странице Инструкции для авторов. Batteries – это международный рецензируемый ежеквартальный журнал с открытым доступом, публикуемый MDPI.

Пожалуйста, посетите страницу Инструкции для авторов перед отправкой рукописи. Плата за обработку статьи (APC) для публикации в этом журнале с открытым доступом составляет 1400 швейцарских франков. Представленные документы должны быть хорошо отформатированы и написаны на хорошем английском языке. Авторы могут использовать MDPI Услуги редактирования на английском языке перед публикацией или во время редактирования автора.