藻类动力燃料电池移动更靠近现实的步骤

时间：2021-07-28 08:52:11 来源：

研究人员在剑桥大学的研究人员开发了山顶和藻类模型的藻类动力燃料电池的新设计，比现有的植物和藻类模型更有效，以及生产和实用的可能更具成本效益。

随着全球人口的增加，能源需求也是如此。气候变化的威胁意味着迫切需要找到对化石燃料的清洁，可再生替代品，这些燃料不会为我们的生态系统提供大量温室气体的大量温室气体。太阳能被认为是一种特别有吸引力的来源，因为平均地球在给定时间在阳光下从太阳的能量超过10,000倍，而不是人类消费。

近年来，除合成光伏器件外，Biophotovoltaics（BPV，也称为生物太阳能电池）被出现为收获太阳能并将其转化为电流的环保和低成本的方法。这些太阳能电池利用诸如藻类的微生物的光合特性将光转换成可用于提供电力的电流。

在光合作用期间，藻类产生电子，其中一些在电池外部出口，在那里它们可以向电力设备提供电流。迄今为止，所示的所有BPV都位于单个隔间中的充电（光收集和电子发电）和电源（转移到电路）;电子邮件一旦被分泌后立即产生电流。

Paolo Bombelli博士是生物化学系的博士后研究员，他的研究希望利用植物，藻类和细菌的光合和代谢活性来创造生物光伏器件，可持续的可再生电流来源。他将自己描述为“植物，藻类和细菌电工”。

在自然能源期刊中描述的新技术，生物化学部门，化学和物理部门的研究人员已经合作开发了一个双室BPV系统，其中涉及太阳能电池的操作 - 电子及其生成转换为电力 - 是分开的。

“收费和电力交付经常具有相互矛盾的要求，”化学系凯迪·丽思萨尔解释说。“例如，充电单元需要暴露于阳光以允许有效充电，而电源部件不需要曝光，但应该有效地将电子转换为具有最小损耗的电流。”

建立双室系统允许研究人员独立设计两个单位，并通过这同时优化过程的性能。

“分开充电和电力传递意味着我们能够通过小型化提高电力输送单元的性能，”涂族化学系和试着实验室的Tuomas知识。“在微型鳞片上，流体表现得非常不同，使我们能够设计更有效的细胞，内部电阻较低并降低电损失。”

使用遗传修饰的团队使用的藻类携带突变，使得细胞能够最小化在光合作用期间不高效地消耗的电荷量。这使得研究人员能够建立一个具有0.5 / m2的功率密度的生物保护电池，其先前的设计中的五倍。虽然这仍然只是传统的太阳能燃料电池提供的第十次电力密度，但是这些新的BPV有几个有吸引力的特征。

“虽然常规的硅基太阳能电池比藻类动力电池更有效，但在太阳能的一部分中，它们转向电能，有吸引力的其他类型的材料，”来自生物化学系的克里斯托弗豪豪教授说。“特别是，因为藻类自然地生长和掌握，基于它们的系统可能需要更少的能源投资，并且可以以分散的方式生产。”

研究人员说，分离能量产生和储存组件也有其他优点。可以存储电荷，而不是必须立即使用 - 意味着可以在白天产生电荷，然后在夜间使用。

虽然藻类动力燃料电池不太可能产生足够的电力来为电网系统提供动力，但它们在农村区域可能特别有用，其中阳光处于丰富，但没有现有的电网系统。此外，虽然基于半导体的合成光伏，但通常在专用设施中生产远离他们使用的地方，而且研究人员说，BPV的生产可以直接由当地社区进行。

“这一步在寻求替代品，更环保的燃料中向前迈进，”博士博士博士从生物化学部门说。“我们认为这些发展将使基于藻类的系统更接近实际实施。”

该研究得到了勒沃勒姆信托，工程和物理科学研究委员会和欧洲研究委员会的支持。

出版物：Kadi L. Saar，等，“通过去耦和电力输送来提高生物光伏电力密度”，“自然能源3,75-81（2018）DOI：10.1038 / S41560-017-0073-0

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