Биогибридный солнечный элемент

Биогибридный солнечный элемент — это солнечный элемент, изготовленный с использованием комбинации органического вещества ( фотосистема I ) и неорганического вещества. Биогибридные солнечные элементы были созданы командой исследователей из Университета Вандербильта . ^{[ 1 ]} Команда использовала фотосистему I (фотоактивный белковый комплекс, расположенный в тилакоидной мембране ), чтобы воссоздать естественный процесс фотосинтеза и получить большую эффективность преобразования солнечной энергии. Эти биогибридные солнечные элементы представляют собой новый тип возобновляемой энергии . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Описание

Несколько слоев фотосистемы Я собираю фотонную энергию, преобразую ее в химическую энергию и создаю ток, который проходит через клетку. Сама ячейка состоит из многих тех же неорганических материалов, которые встречаются в других солнечных элементах, за исключением введенных комплексов фотосистемы I, которые вводятся и собираются в течение нескольких дней в слое золота. Через несколько дней фотосистема I становится видимой и выглядит как тонкая зеленая пленка. Именно эта тонкая пленка помогает и улучшает преобразование энергии. Однако биогибридная клетка все еще находится на стадии исследований.

Исследовать

Команда из Университета Вандербильта начала проводить исследования фотосинтеза, когда они начали видеть и фокусироваться на белке фотосистемы I. Увидев, насколько широко доступен и эффективен белок при преобразовании солнечной энергии, они начали искать возможности внедрения и улучшения различных технологий. Команда использовала шпинат в качестве источника фотосистемы I. Тилакоидные мембраны были изолированы, а затем приступили к процессу очистки, чтобы отделить фотосистему I от тилакоидной мембраны. Их исследования привели к значительному улучшению электрического тока (в 1000 раз больше) по сравнению с предыдущими солнечными элементами. Команда собирает группу студентов-инженеров, чтобы помочь создать первый прототип биогибридного солнечного элемента. Команда также разработала вторую конструкцию белкового комплекса — фотосистему II.

Фотоэлектрические против биогибридных

Сравнивать традиционные фотоэлектрические элементы и биогибридные солнечные элементы сложно. Обе системы выполняют одну и ту же задачу, преобразуя в электричество энергию, полученную от солнечных лучей. Однако метод, с помощью которого это делается, совершенно различен. Конечный результат также различен: фотоэлектрические элементы производят электрический ток, тогда как биомасса или химическое топливо производятся в биогибридных клетках, поскольку в этом процессе участвует фотосинтез. ^{[ 4 ]}

Преимущества

Самым большим преимуществом биогибридного солнечного элемента является то, как он преобразует солнечную энергию в электричество с почти 100-процентной эффективностью. Это означает, что энергия практически не теряется при преобразовании химической энергии в электрическую. Эти цифры великолепны по сравнению с эффективностью традиционных солнечных элементов, составляющей всего лишь 40%. Стоимость производства биогибридов также намного ниже, поскольку извлечение белка из шпината и других растений обходится дешевле по сравнению со стоимостью металлов, необходимых для производства других солнечных элементов.

Недостатки

Хотя эффективность биогибридных клеток намного выше, они также имеют множество недостатков. Во многих случаях некоторые солнечные элементы имеют некоторые преимущества перед биогибридными солнечными элементами. Во-первых, традиционные солнечные элементы производят больше энергии, чем биогибридные элементы. Срок службы биогибридных солнечных элементов также очень короток: от нескольких недель до девяти месяцев. Долговечность ячеек оказывается проблемой, поскольку современные солнечные элементы могут работать много лет. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Ссылки

^ «Энергия шпината значительно возрастает» .
^ Цесельская, Питер Н; Фредерик М. Хиджазиб; Аманда М. Скотт; Кристофер Дж. Фолкнер; Лиза Бирд; Кевин Эмметт; Сандра Дж. Розенталь; Дэвид Клиффел; Дж. Кейн Дженнингс (май 2010 г.). «Бигибридные фотоэлектрохимические клетки на основе фотосистемы I». Биоресурсные технологии . 101 (9): 3047–3053. doi : 10.1016/j.biortech.2009.12.045 . ПМИД 20064713 .
^ Йехезкели, Омер; Ран Тель-Веред; Джулиан Вассерман; Александр Трифонов; Дорит Михаэли; Рахиль Нечуштай; Итамар Виллнер (13 марта 2012 г.). «Интегрированные фотоэлектрохимические элементы на основе фотосистемы II» . Природные коммуникации . 3 : 742. дои : 10.1038/ncomms1741 . ПМИД 22415833 .
^ Бланкеншип, Роберт Э. (13 мая 2011 г.). «Сравнение фотосинтетической и фотоэлектрической эффективности и признание потенциала улучшения» . Наука . 332 (6031): 805–809. Бибкод : 2011Sci...332..805B . дои : 10.1126/science.1200165 . ПМИД 21566184 . S2CID 22798697 .
^ Биогибридные солнечные элементы, созданные группой исследователей из Университета Вандербильта.
^ ссылка на биогибридные солнечные элементы 2

[1] «Энергия шпината значительно возрастает» .

[2] Цесельская, Питер Н; Фредерик М. Хиджазиб; Аманда М. Скотт; Кристофер Дж. Фолкнер; Лиза Бирд; Кевин Эмметт; Сандра Дж. Розенталь; Дэвид Клиффел; Дж. Кейн Дженнингс (май 2010 г.). «Бигибридные фотоэлектрохимические клетки на основе фотосистемы I». Биоресурсные технологии . 101 (9): 3047–3053. doi : 10.1016/j.biortech.2009.12.045 . ПМИД 20064713 .

[3] Йехезкели, Омер; Ран Тель-Веред; Джулиан Вассерман; Александр Трифонов; Дорит Михаэли; Рахиль Нечуштай; Итамар Виллнер (13 марта 2012 г.). «Интегрированные фотоэлектрохимические элементы на основе фотосистемы II» . Природные коммуникации . 3 : 742. дои : 10.1038/ncomms1741 . ПМИД 22415833 .

[4] Бланкеншип, Роберт Э. (13 мая 2011 г.). «Сравнение фотосинтетической и фотоэлектрической эффективности и признание потенциала улучшения» . Наука . 332 (6031): 805–809. Бибкод : 2011Sci...332..805B . дои : 10.1126/science.1200165 . ПМИД 21566184 . S2CID 22798697 .

[5] Биогибридные солнечные элементы, созданные группой исследователей из Университета Вандербильта.

[6] ссылка на биогибридные солнечные элементы 2

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]