تولید باتری زیستی از باکتری با دوامی ۱۰۰ ساله

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا، «نوار کپتون را بردارید و باتری را فعال کنید. این باتری‌ها ۱۰۰ ساله هستند! آن‌ها کار خواهند کرد، به من اعتماد کنید.» این ممکن است شبیه صحنه‌ای از تکرار فیلم پیشتازان فضا به نظر برسد، اما در واقع می‌تواند صحنه‌ای باشد که زمانی در آینده زمین آن را خواهیم دید. به این دلیل که محققان به تازگی باتری‌ جدیدی ساخته اند که می‌تواند تا ۱۰۰ سال قبل از فعال شدن به صورت موفقیت آمیزی عملکرد خود را حفظ کند. راز این امر در بستن باکتری‌های خفته تا زمان فراخوانی آن‌ها در فرآیند تولید برق نهفته است.

باتری زیستی جدید بر اساس کار قبلی انجام شده در دانشگاه بینگهامتون (BU) ساخته شده است که در آن یک تیم تحقیقاتی به رهبری سوکهون چوی یک باتری خوراکی ایجاد کردند که با حل شدن یک غشای حساس به pH در روده کوچک فعال می‌شد. این باعث شد باکتری باسیلوس سوبتیلیس Bacillus subtilis» زنده شود و شروع به تولید هاگ کند - فرآیندی که الکتریسیته کافی برای تامین انرژی حسگر‌های کوچک تولید می‌کند، مانند دوربین‌هایی که می‌توانند برای نظارت بر سلامت روده استفاده شوند.
در آخرین دور تحقیقات، همکارای چوی (مستقر در آزمایشگاه بیوالکترونیک و میکروسیستم BU) یک بار دیگر از توانایی باکتری‌ها برای خاموش ماندن تا زمانی که شرایط مناسب برای عملکرد فراهم شود استفاده کردند. با این حال، این بار، دانشمندان بر ساخت باتری متمرکز شدند که در خارج از بدن عمل کند و حتی پس از چندین دهه در قفسه بماند و همچنان مفید باشد.

چوی می‌گوید: ما می‌خواستیم این باتری‌های زیستی را برای قابلیت‌های قابل حمل، ذخیره‌سازی و تولید برق براساس تقاضا بسازیم. مشکل این است که چگونه می‌توانیم ذخیره‌سازی طولانی‌مدت باکتری‌ها را تا زمان استفاده فراهم کنیم؟ و اگر این امکان وجود دارد، چگونه می‌توانید باتری را به‌صورت درخواستی برای تولید سریع و آسان برق فراهم کنید؟ و چگونه قدرت را بهبود می‌بخشید؟

برای پاسخ به این سؤالات، محققان باکتری«باسیلوس سوبتیلیس» را در یک هیدروژل گرافنی محصور کردند که در جذب رطوبت از هوا عالی است. سپس مجموعه پیل سوختی را با یک تکه نوار کاپتون مهر و موم کردند که می‌تواند در دما‌های ۵۰۰- تا ۷۵۰ درجه فارنهایت (۲۹۶- تا ۳۹۹ درجه سانتی گراد) عمل کند. هنگامی که نوار برداشته شد، هیدروژل رطوبت را به باکتری‌ها منتقل کرده و باعث می‌شود آن‌ها شروع به تولید هاگ کنند.
پس از یک ساعت، باتری برق کافی برای روشن کردن یک چراغ LED، یک دماسنج و رطوبت سنج دیجیتال کوچک داشت. گرم کردن پیل سوختی زمان را تا ۲۰ دقیقه به قدرت کامل کاهش می‌دهد. به علاوه، پس از یک هفته نگهداری در دمای اتاق، باتری فعال شده تنها ۲ درصد از توان خود را از دست داده است.

توانایی دوام یک هفته‌ای بدون از دست دادن قدرت زیاد پس از فعال شدن مطمئناً چشمگیر است. با این حال، ادعاهای بزرگتر برای شهرت این باتری زیستی کوچک، واقعیت دارد که محققان معتقدند تا زمانی که رطوبت کافی در هوا برای فعال کردن باکتری وجود داشته باشد، پس از برداشتن نوار می‌تواند تا ۱۰۰ سال در حالت غیرفعال خود باقی بماند و همچنان عملکرد کاملی داشته باشد.

این تحقیق در مجله Small منتشر شده است.