Higi, kuld ja hõbe: uus kütuseelement paneb su nõretuse elektrit tootma
Inseneride töörühm on välja töötanud venivast materjalist kütuseelemendid, mis ammutavad energiat higist ja suudavad käitada elektroonikaseadmeid, nt LED-lampe ja Bluetooth-raadioid. Uued biokütuse-elemendid on võimelised tootma kümme korda rohkem energiat kui ükski teine olemasolev biokütuse-element. Selle baasil töötavaid seadmeid võiks kasutada mitmesuguste kantavate elektroonikariistade varustamiseks elektriga.
Nahapinnale kinnituv biokütuse-element kujutab endast murrangulist lahendust valdkonnas, mis on seni piisavalt hästi painduvate-venivate ja piisavalt võimsate toiteelementide loomisega hätta jäänud. California San Diego ülikooli insenerid saavutasid selle läbimurde tänu kombinatsioonile nutikast keemilisest lahendusest, eriomadustega materjalidest ja elektroonilistest liidestest. See võimaldas neil litograafia ja siiditrüki-tehnika abil valmistatud ruumilistest, süsinik-nanotorude põhistest katoodi- ja anoodi-maatriksitest konstrueerida venitamiskindla elektroonilise aluse.
Biokütuse-elemendid sisaldavad ensüümi, mis oksüdeerib inimhigis leiduvat piimhapet ja toodab sellest elektrivoolu. Tänu sellele saabki higi muuta energiaallikaks!
Inseneride töö tulemused avaldati teadusajakirja Energy & Environmental Science juuninumbris. Uurimuses kirjeldavad autorid, kuidas nad ühendasid biokütuse-elemendid spetsiaalse trükkplaadiga ja demonstreerisid, et seade suudab toita LED-lampi samal ajal, kui seda kandev inimene jalgrattatrenažööril trenni teeb. San Diego ülikooli kantavate andurite arendamise keskuse juhataja professor Joseph Wang juhatas uurimisprojekti koostöös elektrotehnika professori ja keskuse asedirektori Patrick Mercieri ja nanotehnika professori Sheng Xuga, kes töötavad samuti ülikooli Irwin ja Joan Jacobsi nimelise tehnikateaduskonna juures.
Kantavate seadmetega ühildumiseks peab bioelement olema paindlik ja venitatav. Selle saavutamiseks otsustasid insenerid rakendada Xu uurimisrühma välja töötatud nn silla-ja-saare-struktuuri (ingl "bridge and island" structure), mis tähendab, et element koosneb vedrulaadsete komponentidega ühendatud punktide ridades. Pooled punktid moodustavad elemendi anoodi, ülejäänud pooled katoodi. Vedrulaadsed „sillad“ saavad vabalt venida ja painduda, mis teeb elemendi paindlikuks anoodi ja katoodi deformeerimata.
Sildade ja saarekeste põhine ülesehitus teostati litograafiliselt; selle detailid on valmistatud kullast. Eksperimendi teises etapis laotasid uurijad siiditrüki-tehnika abil anood- ja katoodpunktidele biokütuse-materjalide kihid.
Suurimaks väljakutseks inseneridele oli biokütuse-elemendi energiatiheduse — pindalaühiku kohta toodetava elektrienergia hulga — suurendamine. Võimsustiheduse saavutamiseks siiditrükkisid uurijad anoodide ja katoodide peale süsinik-nanotorudest ruumilise struktuuri. Selline struktuur võimaldas uurijail laadida igasse anoodpunkti rohkem higis sisalduva piimhappe ja katoodpunktide hõbedioksiidiga reageerivat ensüümi. Pealeselle hõlbustavad süsinik-nanotorud elektronide ülekannet, mis elemendi sooritust parendab.
Allikas: California San Diego ülikool
