劍橋大學(xué)(University of Cambridge)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型的藻類燃料電池，其效率比現(xiàn)有的植物和藻類模型高5倍，而且生產(chǎn)和實(shí)際使用的成本更低。隨著全球人口的增加，能源需求也隨之增加。氣候變化的威脅意味著迫切需要找到更清潔、可再生的替代化石燃料的替代品，而這些化石燃料不會(huì)造成大量的溫室氣體，并可能對(duì)我們的生態(tài)系統(tǒng)造成災(zāi)難性的后果。太陽(yáng)能被認(rèn)為是一種特別有吸引力的來(lái)源，因?yàn)樵诮o定的時(shí)間內(nèi)，地球接收太陽(yáng)的能量大約是人類消耗的1萬(wàn)倍。
近年來(lái)，除了合成的光電器件外，雙光電學(xué)(BPVs，又稱生物太陽(yáng)能電池)已經(jīng)成為一種環(huán)保、低成本的太陽(yáng)能收集方法，并將其轉(zhuǎn)化為電流。這些太陽(yáng)能電池利用微生物的光合特性，如藻類，將光轉(zhuǎn)換成電流，可以用來(lái)提供電力。在光合作用過(guò)程中，藻類產(chǎn)生電子，其中一些電子被出口到細(xì)胞外，在那里它們可以為電力設(shè)備提供電流。到目前為止，所有的BPVs都顯示了充電(光收集和電子產(chǎn)生)和功率傳輸(傳輸?shù)诫娐?在一個(gè)單獨(dú)的隔間里;這些電子一旦被分泌出來(lái)，就會(huì)產(chǎn)生電流。
在《自然》雜志上描述的新技術(shù)能源部門(mén)的研究人員生物化學(xué)、化學(xué)和物理合作開(kāi)發(fā)一個(gè)兩院BPV系統(tǒng)所涉及的兩個(gè)核心流程的操作的太陽(yáng)能電池——一代電子和他們的權(quán)力轉(zhuǎn)換——分離。充電和電力輸送往往有相互沖突的要求。例如，充電單元需要暴露在陽(yáng)光下，以允許高效充電，而供電部分不需要暴露在光線下，但應(yīng)能有效地將電子轉(zhuǎn)換為電流，并減少損耗。
構(gòu)建一個(gè)雙室系統(tǒng)可以讓研究人員獨(dú)立地設(shè)計(jì)兩個(gè)單元，并通過(guò)這個(gè)優(yōu)化同時(shí)優(yōu)化過(guò)程的性能。分離充電和電力輸送意味著我們能夠通過(guò)微型化提高供電單元的性能，化學(xué)和卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的Tuomas Knowles教授解釋道。在微型尺度下，流體的表現(xiàn)非常不同，使我們能夠設(shè)計(jì)出更高效、內(nèi)阻更低、電損耗減少的電池。
研究小組使用了經(jīng)過(guò)基因改造的藻類來(lái)進(jìn)行基因突變，從而使細(xì)胞在光合作用過(guò)程中產(chǎn)生的電荷減少。與新設(shè)計(jì)一起，這使得研究人員能夠建造一個(gè)功率密度為0.5 W/m2的雙光電池，這是他們之前設(shè)計(jì)的5倍。雖然這仍然只是傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池提供的能量密度的十分之一，但是這些新的BPVs具有一些吸引人的特性。
生物化學(xué)系的Christopher Howe教授說(shuō)：雖然傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池比太陽(yáng)能電池更有效率，但它們轉(zhuǎn)化為電能的能量，卻有其他類型的材料具有吸引力。特別是由于藻類生長(zhǎng)和自然分裂，基于它們的系統(tǒng)可能需要較少的能源投資，并且可以以分散的方式生產(chǎn)。
研究人員稱，將發(fā)電和存儲(chǔ)部件分離也有其他好處。電荷可以儲(chǔ)存，而不是立即使用——這意味著電荷可以在白天產(chǎn)生，然后在夜間使用。雖然以藻類為燃料的燃料電池不太可能產(chǎn)生足夠的電力來(lái)為電網(wǎng)供電，但它們?cè)诜侵揶r(nóng)村等地區(qū)可能特別有用，因?yàn)槟抢镪?yáng)光充足，但沒(méi)有現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)。此外，研究人員說(shuō)，雖然半導(dǎo)體的合成光伏發(fā)電通常是在專用設(shè)備上生產(chǎn)的，但生產(chǎn)的BPVs可以由當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)直接進(jìn)行。
來(lái)自生物化學(xué)系的Paolo Bombelli博士說(shuō)：這在尋找可替代的綠色燃料方面邁出了一大步。這些發(fā)展將使以藻類為基礎(chǔ)的系統(tǒng)更接近實(shí)際的實(shí)施
