(Phys.org) – Forskare har använt en enkel bläckstråleskrivare för att skriva ut ett "biobläck" av cyanobakterier på en ledande yta, skapa en biofotovoltaisk cell. Till skillnad från konventionella fotovoltaiska celler som endast fungerar när de utsätts för ljus, cyanobakterierna kan generera en elektrisk ström både i mörker och som svar på ljus. Forskarna förväntar sig att cellen kan fungera som en miljövänlig strömförsörjning för lågeffektsenheter som biosensorer, och kan även skalas upp för att skriva ut en bioenergitapet.

Forskarna, vid Imperial College London och University of Cambridge, har publicerat en artikel om den nya biofotovoltaiska cellen i ett färskt nummer av Naturkommunikation .

"Vår biofotovoltaiska enhet är biologiskt nedbrytbar och kan i framtiden fungera som en engångssolpanel och batteri som kan sönderfalla i vår kompost eller trädgård, " berättade medförfattaren Marin Sawa vid University of Arts London och Imperial College London Phys.org . "Billig, tillgänglig, miljövänlig, biologiskt nedbrytbara batterier utan några tungmetaller och plaster – det här är vad vi och vår miljö verkligen behöver men ännu inte har, och vårt arbete har visat att det är möjligt att ha det."

I allmänhet, biofotovoltaiska celler innehåller någon typ av cyanobakterier eller alger som är fototrofa, vilket betyder att det omvandlar ljus till energi. Dock, även i mörker fortsätter dessa organismer att generera en del energi genom att metabolisera deras interna lagringsreserver. Så när organismerna är anslutna till en icke-biologisk elektrod, de kan fungera som antingen en "bio solpanel" när de utsätts för ljus eller ett "solar bio-batteri" i mörker.

För närvarande är en av de största utmaningarna för biofotovoltaiska celler att producera dem i stor skala. Vanligtvis, organismerna deponeras på en elektrodyta från en skrymmande vätskebehållare. I den nya studien, forskarna visade att bläckstråleutskrift kan användas för att skriva ut både kolnanorörets elektrodyta och cyanobakterierna ovanpå den, samtidigt som bakterierna förblir fullt livskraftiga. Detta tillvägagångssätt tillåter inte bara att cellerna kan tillverkas snabbt, men uppställningen är också mer kompakt och möjliggör större precision i celldesign.

Med dessa fördelar, de bläckstråletryckta biofotovoltaiska cellerna kan generera en maximal strömtäthet som är 3-4 gånger högre än celler tillverkade med konventionella metoder. Att demonstrera, forskarna visade att nio anslutna celler kan driva en digital klocka eller generera ljusblixtar från en lysdiod, illustrerar förmågan att producera korta skurar med relativt hög effekt. Forskarna visade också att cellerna kan generera en kontinuerlig effekt under loppet av en 100-timmarsperiod bestående av ljusa och mörka cykler.

I framtiden, forskarna planerar att utveckla tunnfilmsbiofotovoltaiska (BPV) paneler och även utforska potentiella tillämpningar som integrerade strömförsörjningar inom områdena medicinsk diagnostik och miljöövervakning, som båda drar nytta av engångs, miljövänliga biosensorer. En annan potentiell applikation är en bioenergitapet.

"Bioenergitapeten är en uppskalad tillämpning av vårt BPV-system, "Sade Sawa. "Tapetviljan har kolbaserade ledande mönster med elektronproducerande cyanobakterier. Den förvandlar en inre yta till en energiskördare för att driva lågeffektapplikationer som LED-lampor och/eller biosensorer, som kan, till exempel, övervaka inomhusluftens kvalitet."

Forskarna förväntar sig också att uteffekten av cellerna kan förbättras på en mängd olika sätt, till exempel genom att förbättra kretsledningsförmågan, optimera celldesign, och använda mer motståndskraftiga organismer.

© 2017 Phys.org