ابداع سلول خورشیدی که فتوسنتز می‌کند

به گزارش مجله خبری نگار/تکناک: محققان برای اولین بار از یک گیاه آبدار برای ایجاد یک “سلول خورشیدی زیستی” زنده استفاده کردند که بر اساس فتوسنتز کار می‌کند.

گیاهان اغلب به عنوان منابع غذا، اکسیژن و تزئین در نظر گرفته می‌شوند، اما نه به عنوان منبع انرژی الکتریکی. الکترون‌ها به طور طبیعی به عنوان بخشی از فرآیند‌های بیولوژیکی در تمام سلول‌های زنده، از باکتری‌ها و قارچ‌ها گرفته تا گیاهان و حیوانات در حال حرکت هستند. با معرفی الکترودها، می‌توان از سلول‌ها برای تولید الکتریسیته‌ای که می‌تواند به صورت خارجی استفاده شود، استفاده کرد.

تحقیقات قبلی سلول‌های سوختی را با استفاده از باکتری ایجاد کرده بود، اما این سلول‌ها نیاز به تغذیه مداوم داشت. این رویکرد جدید از فتوسنتز استفاده می‌کند، فرآیندی که در آن گیاهان انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند تا جریان الکتریکی تولید کنند.

در طی این فرآیند، نور جریانی از الکترون‌ها را از آب هدایت می‌کند که در نهایت منجر به تولید اکسیژن و قند می‌شود. این بدان معناست که سلول‌های فتوسنتزی زنده دائماً جریانی از الکترون‌ها را تولید می‌کنند که می‌توان آن‌ها را به‌عنوان یک «جریان photocurrent» بیرون کشید و برای تأمین انرژی یک مدار خارجی، درست مانند یک سلول خورشیدی، استفاده کرد.

برخی از گیاهان مانند ساکولنت‌های موجود در محیط‌های خشک دارای کوتیکول‌های ضخیم هستند تا آب و مواد مغذی را در برگ‌های خود نگه دارند. محققان می‌خواستند برای اولین بار آزمایش کنند که آیا فتوسنتز در ساکولنت‌ها می‌تواند برای سلول‌های خورشیدی زنده با استفاده از آب داخلی و مواد مغذی آن‌ها به عنوان محلول الکترولیت یک سلول الکتروشیمیایی، جریان الکتریکی ایجاد کنند یا نه.

محققان با استفاده از گیاه Corpuscularia lehmannii که “گیاه یخی” نیز نامیده می‌شود، یک سلول خورشیدی زنده ایجاد کردند. آن‌ها یک آند آهن و کاتد پلاتین را در یکی از برگ‌های گیاه قرار دادند و متوجه شدند که ولتاژ آن ۰.۲۸ ولت است. هنگامی که به یک مدار متصل می‌شود، زمانی که در معرض نور قرار می‌گیرد، تا ۲۰ μA/cm۲ چگالی جریان نوری تولید می‌کند و می‌تواند برای بیش از یک روز به تولید جریان ادامه دهد. اگرچه این اعداد کمتر از باتری‌های قلیایی سنتی هستند، اما این فقط انرژی حال از یک برگ بود.

مطالعات قبلی روی دستگاه‌های آلی مشابه نشان می‌دهد که اتصال چندین برگ به صورت سری می‌تواند ولتاژ را افزایش دهد. این تیم به طور خاص سلول خورشیدی زنده را طوری طراحی کردند که پروتون‌های موجود در محلول برگ داخلی بتوانند برای تشکیل گاز هیدروژن در کاتد ترکیب شوند و این هیدروژن را می‌توان جمع آوری کرد و در کاربرد‌های دیگر استفاده کرد. محققان می‌گویند که روش آن‌ها می‌تواند توسعه فناوری‌های انرژی سبز پایدار و چند منظوره را در آینده امکان پذیر کند..