Forskere udvikler et nyt biofotovoltaiksystem

Forskere fra Institute of Microbiology of the Chinese Academy of Sciences har rapporteret et nyt biofotovoltaiksystem (BPV) baseret på et syntetisk mikrobielt konsortium med begrænset elektronstrøm. Dette BPV -system kan stabilt fungere i mere end 40 dage, sætter en ny milepæl for BPV med lang levetid, ifølge en nylig artikel i Naturkommunikation .

BPV er en ny teknologi, der anvender biologiske fotosyntetiske materialer (hovedsageligt levende fotosyntetiske mikroorganismer) til at omdanne solenergi til elektricitet. BPV er mere miljøvenlig og potentielt mere omkostningseffektiv end halvlederbaseret fotovoltaik (PV), i betragtning af PV-materialers toksicitet og vanskelige at genbruge.

Imidlertid, effekttætheden af ​​BPV -systemer, der hidtil er rapporteret, har været lav, da fotosyntetiske mikroorganismer har en svag evne til at overføre elektroner uden for celler. For at omgå dette problem, forskere har oprettet et to-arters mikrobielt konsortium.

Dette mikrobielle konsortium består af fotosyntetiske cyanobakterier og de exoelektrogene bakterier Shewanella, hvor sidstnævnte i sagens natur besidder stærk eksoelektrogen aktivitet. D-lactat blev valgt som energibærer, der var ansvarlig for styret energioverførsel mellem cyanobakterier og Shewanella (fig. 1).

I dette mikrobielle konsortium, cyanobakterier fanger solenergi og reparerer CO ₂ at syntetisere D-lactat, mens Shewanella producerer elektricitet ved at oxidere D-lactat, og dermed skabe en begrænset elektronstrøm fra fotoner til D-lactat, derefter til elektricitet.

Gennem genetisk manipulation, samt manipulation af vækstmediet og enheden, de to meget forskellige mikroorganismer er i stand til at arbejde effektivt sammen. Dette BPV -system genererer en effekttæthed på 150 mW · m ^-2 i en tidsmæssig adskillelse, som er cirka en størrelsesorden større end BPV-enheder uden mediator uden konventionelle konfigurationer.

Forskerne demonstrerede endvidere, at dette BPV -system stabilt kan fungere i mere end 40 dage ved en gennemsnitlig effekttæthed på 135 mW · m ^-2 i en rumlig-tidsmæssig separationsopsætning med medium genopfyldning. Dette repræsenterer den største levetid og effekt pr. Enhed for ethvert BPV -system, der er rapporteret til dato.