Die „Cyanobakterien-Batterie“, die mehr als sechs Monate ununterbrochen mit Strom versorgt, benötigt nur Sonnenlicht und Wasser

Von Februar 2021 bis August 2021 wurde ein Computergerät in der Nähe des Fensters des Hauses von Paolo Bombelli, einem Biochemiker an der Universität Cambridge, aufgestellt, aber im Gegensatz zu einem gewöhnlichen Computer war der Antrieb dieses Geräts nicht der vom Stromnetz gelieferte Strom , aber es ist eine Batterie aus Algen.

Diese spezielle biophotovoltaische Zelle hat ein Kunststoff- und Stahlgehäuse, etwa so groß wie eine AA-Batterie, und eine Aluminiumanode. Verantwortlich für die Stromerzeugung ist in der Schale eine Alge namens „Synechocystis sp. PCC 6803“, ein Cyanobakterium der Gattung Synechocystis.

Das Merkmal dieser Cyanobakterien ist, dass sie sich während der Lichtperiode auf die Photosynthese verlassen können, und wenn Licht vorhanden ist, produziert sie überschüssige Nährstoffe, und wenn die Umgebung dunkel wird, wird sie ihren eigenen Betrieb durch diese überschüssigen Nährstoffe aufrechterhalten .

Die „Cyanobakterien-Batterie" ist mit dem Arm Cortex-M0+ Mikroprozessor verbunden. Die extrem kleine Siliziumfläche, der geringe Stromverbrauch und der minimale Code-Footprint ermöglichen es Entwicklern, 32-Bit-Leistung zu einem 8-Bit-Preis zu erreichen. Der Prozessor selbst Er ist ziemlich energieeffizient .

Der Prozessor, der darauf programmiert war, seine eigene Arbeit nach einer Reihe von Berechnungen zu überprüfen, nutzte das Cyanobakteriengerät monatelang als einzige Energiequelle. Der Prozessor läuft 45 Minuten lang und berechnet aufeinanderfolgende ganzzahlige Summen, um eine Rechenarbeitslast zu simulieren, die 0,3 Mikrowatt Leistung erfordert; die anschließenden 15 Minuten Standby-Zeit erfordern 0,24 Mikrowatt Leistung.

Warum die „Cyanobakterien-Batterie“ elektrischen Strom erzeugt, dafür hat das Forscherteam um Paolo Bombelli zwei Hypothesen: Zum einen das „elektrochemische Modell“, bei dem Mikroorganismen geeignete Bedingungen für die Eloxierung von Aluminium schaffen oder Elektronen freisetzen und dann Strom erzeugen, zum anderen Das eine ist das "bioelektrochemische Modell", bei dem die Cyanobakterien selbst Elektronen erzeugen und die Elektronen durch die Bakterienmembran auf die Aluminiumanode übertragen werden, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird.

Da die Forscher feststellten, dass sich die Aluminiumanode im Experiment nicht wesentlich veränderte, wird das „bioelektrochemische Modell“ für wahrscheinlicher gehalten. Das heißt, der Strom wird von den Cyanobakterien selbst produziert.

Obwohl der Prozessor nicht viel Energie benötigte, hielt ihn die "Cyanobakterien-Batterie" auch sechs Monate lang ohne Stromverlust aufrecht, und als der Mikroprozessor nach dem Experiment getrennt wurde, erzeugten die Cyanobakterien auch weiterhin Strom.

Der Mikroprozessor Arm Cortex M0+ hat ein breites Anwendungsspektrum, das von Prozessoren im IoT, künstlicher Intelligenz oder maschinellem Lernen bis hin zu Sensoren in Wearables reicht …

Natürlich können "Cyanobakterien-Batterien" nicht viel Strom liefern, aber sie haben einen "nützlichen Platz" in Szenarien, die nur wenig Strom benötigen, wie zum Beispiel in Sensoren oder beim Laden von Mobiltelefonen. Für Menschen in ländlichen Gebieten oder Ländern mit niedrigem Einkommen könnte dies eine weitere Stromquelle sein.

Noch wichtiger ist, dass die einfache Struktur und die umweltverträglichen Eigenschaften dieser biobasierten Batterie eine neue Richtung für die Entwicklung von Elektrizität vorgeben, ohne dass Ressourcen wie Seltenerdelemente und Lithium benötigt werden, die heute in den meisten Stromversorgungsgeräten mit einer Knappheitskrise konfrontiert sind. Solange Sonnenlicht und Wasser vorhanden sind, erzeugt es kontinuierlich Strom aus der Energiequelle.

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