虽然植物可以作为食物、氧气和装饰的来源,但它们通常不被认为是良好的电力来源。但是通过收集在植物细胞内自然传输的电子,科学家们可以作为“绿色”生物太阳能电池的一部分发电。
现在,在ACSAppliedMaterials&Interfaces上报道的研究人员首次使用多肉植物制造了一个依靠光合作用运行的活“生物太阳能电池”。
在所有活细胞中,从细菌和真菌到植物和动物,电子作为自然生化过程的一部分来回穿梭。但是,如果存在电极,电池实际上可以产生可在外部使用的电能。以前的研究人员以这种方式用细菌制造了燃料电池,但必须不断地喂养微生物。相反,包括诺姆·阿迪尔(NoamAdir)团队在内的科学家们转而利用光合作用来产生电流。
在此过程中,光驱动电子从水中流出,最终导致氧气和糖的产生。这意味着活的光合细胞不断产生电子流,这些电子流可以作为“光电流”被拉走并用于为外部电路供电,就像太阳能电池一样。
某些植物——比如在干旱环境中发现的多肉植物——有厚厚的角质层来保持叶子中的水分和养分。YanivShlosberg、GadiSchuster和Adir想要首次测试多肉植物中的光合作用是否可以利用其内部水和营养物质作为电化学电池的电解质溶液为活太阳能电池发电。
研究人员使用多汁的Corpuscularialehmannii(也称为“冰厂”)制造了一种活的太阳能电池。他们将铁阳极和铂阴极插入植物的一片叶子中,发现其电压为0.28V。当连接到电路中时,它会产生高达20µA/cm2的光电流密度,当暴露在光线下时,它可以持续产生电流超过一天。
尽管这些数字小于传统碱性电池的数字,但它们仅代表一片叶子。之前对类似有机设备的研究表明,串联多个叶子可以增加电压。
该团队专门设计了活太阳能电池,使内部叶片溶液中的质子可以在阴极结合形成氢气,并且可以收集这些氢气并将其用于其他应用。研究人员表示,他们的方法可以促进未来可持续的多功能绿色能源技术的发展。