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可再生可靠的生物光电池

这个包含蓝藻和绿藻的系统,只使用环境光和水,连续运行微处理器一年。 学分:保罗·邦贝利

藻类计算

科学家们使用大量的蓝绿藻为微处理器持续供电一年——而且还在继续——只使用环境光和水。 他们的系统有可能成为为小型电子设备供电的可靠且可再生的方式。

该系统的大小与 AA 电池相当,包含一种无毒藻类,称为 同步 它通过光合作用自然地从太阳中获取能量。 它产生的小电流然后与铝电极相互作用并用于为微处理器供电。

“我们的光合装置不像电池那样工作,因为它一直在使用光作为能源。” – 克里斯豪

该系统由普通、廉价且大部分可回收的材料制成。 这意味着作为物联网的一部分,它可以轻松地重复数十万次,为大量小型设备供电。 研究人员说,它可能在离网情况或偏远地区最有用,在这些地方,少量电力可能是最有益的。

“不断增长的物联网需要越来越多的能源,我们认为这应该来自能够产生能量的系统,而不是像电池一样储存能量,”剑桥大学生物化学系的 Christopher Howe 教授说。 该论文的共同高级作者。

他补充说:“我们的光合装置不像电池那样工作,因为它一直在使用光作为能源。”

在实验中,该设备用于为广泛用于物联网设备的微处理器 Arm Cortex M0+ 供电。 在自然光和相关温度波动下的家庭环境和半户外条件下运行,经过六个月的连续发电,结果已提交出版。

该研究发表在 2022 年 5 月 12 日的期刊上 能源与环境科学.

剑桥大学生物化学系的 Paolo Bombelli 博士是该论文的第一作者。

藻类不需要喂食,因为它们在进行光合作用时会创造自己的食物。 尽管光合作用过程需要光,但该设备可以在黑暗期间继续产生能量。 研究人员认为,这是因为藻类在没有光的情况下处理了它们的一些食物,而这会继续产生电流。

物联网是一个庞大且不断增长的电子设备网络——每一个都使用非常少的电力——通过互联网收集和共享实时数据。 使用低成本的计算机芯片和无线网络,数十亿台设备成为该网络的一部分——从智能手表到发电厂的温度传感器。 预计到 2035 年,这一数字将上升到一万亿台设备,需要大量的便携式电源。

研究人员表示,用锂离子电池为数万亿物联网设备供电是不切实际的:它们需要的锂是全球每年生产量的三倍。 传统的光伏设备是使用对环境有不利影响的危险材料制造的。

这项工作是剑桥大学与领先的微处理器设计公司 Arm 之间的合作。 Arm Research 开发了超高效的 Arm Cortex M0+ 测试芯片,制造了电路板,并准备了一个云接口来收集实验中显示的数据。

参考:P. Bombelli、A. Savanth、A. Scarampi、SJL Rowden、D. H. Green、A. Erbe、E. Årstøl、I. Jevremovic、M. F. Hohmann-Marriott、S. P. Trasatti、E. Ozer 的“光合作用微处理器操作”和 CJ Howe,2022 年 5 月 12 日,可在此处获取。 能源与环境科学.
DOI: 10.1039 / D2EE00233G

该研究由国家生物膜创新中心资助。

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