Photopower til mikrolabs

Miniaturiserede enheder såsom mikrosensorer kræver ofte en uafhængig, lige så miniaturiseret strømforsyning. Søger efter passende systemer, Japanske videnskabsmænd har nu udviklet en fuldt integreret mikrofluidisk enhed, der producerer brintbrændstof og omdanner det til elektrisk energi baseret på fotokatalyse. Som de beretter i journalen Angewandte Chemie , den arbejder fuldstændigt autonomt og leverer nok brintenergi til at drive en mikrosensor til daglig datatransmission.

Nedskæring har sine udfordringer, især når miniaturiserede autonome systemer som lab-on-a-chip applikationer eller mikrosensorer er efterspurgt. Disse systemer har ofte brug for deres egen strømforsyning, men eksterne batterier er klodsede og svære at integrere. Da mikrofluidiske systemer tilbyder sådan integration, Takehiko Kitamori og Yuriy Pihosh ved University of Tokyo og deres kolleger fokuserer på mikrofluidiske enheder, og de designede en fotokatalytisk mikrogenerator af brintbrændstof, kombineret med en mikrobrændselscelle, alt sammen sat op på en mikrofluidisk chip. Denne mikrofluidiske strømgenerator er baseret på sollys og kan levere kontinuerlig strømforsyning til andre miniaturiserede enheder ved stuetemperatur og ved atmosfærisk tryk, hævdes det.

Forskerne beskriver deres mikrofluidik-kraftenhed som et modulært system sat på en glasplatform med de to moduler, den fotokatalytiske mikrobrændselsgenerator og mikrobrændselscellen, er forbundet med et sæt mikro- og nanokanaler. Begge mikrofluidmoduler indeholder et sæt "udvidede nanokanaler" til protonudveksling - forfatterne hævder, at disse ENC'er giver en fremragende protonledningsevne og tillader meget hurtigere protonvandring end de konventionelle Nafion protonudvekslingsmembraner. Fotoanoden, nemlig fotokatalysatoren til vandspaltning, er også innovativ:den består af specielt designede metal-oxid nanorods, der fotokatalyserer produktionen af ​​brint med "rekordeffektivitet", som forfatterne har påvist. Begge gasser, ilt og brint produceret ved vandspaltning, transporteres derefter separat gennem mikrokanalerne til mikrobrændselscellen, hvor ilt, elektroner, og protoner forbinder sig elektrokemisk til vand, giver energien.

Når vandet cirkuleres tilbage til det første modul, denne mikrostrømforsyning er selvbærende og kun afhængig af sollys. Forskerne testede enheden og fandt en konstant brintproduktion pr. dag, hvilket er "svarende til 35 millijoule lagret energi, der ville være nok til at drive en mikrosensor og sende tidsdata i løbet af 24 timer, sagde de. Alligevel, de skal integrere et sæt mikrotanke til gaslagring for at undgå overtryk af gasserne, men ifølge forfatterne, dette problem kan løses hurtigt.

De foreslåede applikationer er autonome mikrosensorer og lab-on-a-chip teknologier, hvoraf sidstnævnte kan reducere hele laboratorieprocesser, derved spares værdifulde materiale- og energiomkostninger.