Создан прототип самозалечивающейся солнечной батареи

Membrana.ru

Фотоэлектрохимические комплексы нанометрового масштаба показали способность к самосборке и саморемонту. В перспективе эти наноячейки могут стать основой долговечных батарей (легкие и гибкие солнечные батареи).

Группа исследователей из четырёх университетов и институтов США, возглавляемая Майклом Страно (Michael Strano) из Массачусетского технологического (MIT), использовала натуральные фотосинтетические реакционные центры.

И хотя самой идее применения биологических молекул в фотоэлектрических панелях уже много лет, здесь был сделан радикальный шаг вперёд.

Американцы подумали об одном из важных недостатков экзотических ячеек — быстрой деградации их под действием света и кислорода.

Растения решают проблему долговечности "батареек" просто — они постоянно разрушают комплексы белков, захватывающих фотоны, и тут же строят их заново. Нечто похожее удалось воспроизвести и в новой ячейке. Учёные взяли реакционные центры, добавили фосфолипиды (компоненты клеточных мембран), углеродные нанотрубки и поверхностно активные вещества (ПАВ), после чего просто перемешали всё это.

Часть группы, создавшей чудо-батарею, слева направо: Страно, Ардемис Богосян (Ardemis Boghossian) и Мунхо Хам (Moon-Ho Ham).

"Это похоже на головоломку, которую вы бросаете в воздух, а она падает уже в собранном виде", – говорит Страно о достижении группы. До сих пор самосборку солнечных батареек мы видели лишь в масштабе миллиметровых деталей. Майкл, кстати, известен нашим читателям по извлечению тока из нанотрубок при помощи взрывчатки (фото Patrick Gillooly).

К удивлению экспериментаторов, как только они начали удалять ПАВ из смеси, остальные молекулы принялись самостоятельно собираться в фотоэлектрические панельки нанометрового поперечника, причём при подключении контактов они оказались способны "делегировать" толику электронов в сеть. (Детали раскрывает статья в Nature Chemistry и пресс-релиз MIT.)

Процесс шёл полностью самостоятельно. Фосфолипиды формировали крошечные диски, с одной стороны которых прицеплялись нанотрубки, а с другой фоточувствительные белки (напоминает самосборку сложных наночастиц, только в том опыте действовали магнитные силы, а здесь — межмолекулярные).

Вверху: несколько идеализированная схема "живой" солнечной ячейки. Тёмно-зелёным показаны реакционные центры, светло-зелёным – липидные диски, чёрным – углеродные нанотрубки (они собирают ток от фотосинтетических белков), коричневым – общий электрод.

Внизу – рабочий прототип самовосстанавливающейся солнечной батареи: светочувствительный раствор, состоящий из "самосборных" молекул, помещён в стеклянный цилиндр (установлен в зажимах). Сверху видны два электрода – из платины (голый провод) и серебра (в стеклянной трубке) (фото Patrick Gillooly).

Для "лечения" такой батареи достаточно вновь добавить ПАВ и немного белков на замену, а затем откачать ПАВ. Наночастицы распадутся и снова соберутся, отремонтировав любой дефект. КПД ячеек пока скромен, но их авторы считают, что технологию можно усовершенствовать, повысив концентрацию молекулярных комплексов. (Читайте также о самосборке микропроводков, топливном элементе из митохондрий и похищении электронов у водоросли.)