Nově vynalezený palivový článek využívá k výrobě elektrické energie přirozeně přítomné půdní mikroby. Zařízení o velikosti brožované knihy nabízí životaschopnou alternativu k bateriím používaným v podzemních senzorech pro přesné zemědělství. Podrobnosti přináší web Interesting Engineering.
„Půdní mikrobiální palivové články jsou slibným obnovitelným zdrojem energie, který je biokompatibilní a životaschopný v obtížných podmínkách, kde z nějakého důvodu nevyhovují tradiční baterie a solární panely.“ píšou vědci v abstraktu práce, která byla 12. ledna publikována v odborném časopise Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.
Energie zrozená v půdě
Experti z Northwestern University zdůraznili odolnost robustního palivového článku a ukázali jeho schopnost odolávat různým podmínkám, včetně extrémně suché půdy či ohrožení záplavami. „Tyto mikroby jsou všudypřítomné, žijí již v půdě úplně všude,“ řekl hlavní autor studie George Wells.
„K zachycení jejich elektřiny můžeme použít velmi jednoduché technické prostředky. Nehodláme touto energií napájet celá města. Ale můžeme zachytit nepatrné množství energie, které bude pohánět praktická zařízení s nízkou spotřebou,“ dodal Wells.
Nová technologie přináší řešení otázek souvisejících s provozem klasických baterií v přírodním prostředí. Zatímco z běžných baterií mohou do půdy uniknout škodlivé chemické látky, v případě těchto palivových článků nic podobného ani zdaleka nehrozí.
Jako vítězná konfigurace se ukázala kolmá konstrukce palivového článku, který se skládá z uhlíkové plsti, jež funguje jako anoda, a inertního vodivého kovu v roli katody. Vědci použili na povrch katody hydroizolační materiál, který umožňuje její fungování i během zaplavení a zajišťuje postupné vysychání.
Vysoká účinnost
Výsledný palivový článek je mimořádně účinný – dokázal produkovat 68× více energie, než bylo nutné k provozu k němu připojených senzorů. Je také dostatečně odolný na to, aby přežil drastické změny vlhkosti půdy. Vědci úspěšně ověřili schopnost palivového článku napájet senzory pro měření půdní vlhkosti.
V další fázi propojili senzor napájený z půdy s malou anténou, která umožňovala bezdrátovou komunikaci. Zařízení díky tomu dokázalo přenášet data do nedaleké základnové stanice prostřednictvím radiofrekvenčních signálů. Pozoruhodné je, že tento palivový článek napájený z půdy překonává srovnatelné dostupné technologie o 120 %.
„Počet zařízení v rámci internetu věcí (IoT) neustále roste. Pokud si představíme budoucnost s biliony těchto zařízení, nemůžeme do každého z nich dávat z lithium, těžké kovy a další toxiny, které jsou nebezpečné pro životní prostředí,“ uvedl v tiskové zprávě vedoucí výzkumu Bill Yen.
„Musíme najít alternativy, které dokážou poskytovat malé množství energie pro napájení decentralizované sítě zařízení. Při hledání řešení jsme se zaměřili na půdní mikrobiální palivové články, které využívají speciální mikroby k rozkladu půdy a používají malé množství energie k napájení senzorů. Dokud je v půdě organický uhlík, který mikrobi rozkládají, může palivový článek potenciálně fungovat věčně,“ uzavírá Yen.