Werden Handys der Zukunft könnte Zucker?
Forscher sind über Biobatteries, gemeinsame biologische Prozesse zur Stromerzeugung nutzen Geräte aufgeladen. Die meisten Biobatteries sind nicht in der Lage, große Mengen an Energie erzeugen, aber Forscher vor kurzem entwickelt eine Prototyp-Version, die das Potenzial hat, leichter und leistungsfähiger als die Batterien in der Regel in der heutigen tragbaren elektronischen Geräten, einschließlich Smartphones gefunden werden.
Im Körper wird Zucker in Energie in einem Prozess namens Stoffwechsel, die Zucker in Kohlendioxid und Wasser zerfällt, während die Freigabe Elektronen umgewandelt. Biobatteries produzieren Energie zwar die gleichen Konvertierung durch die Erfassung der Elektronen, die in die Zersetzung des Zuckers mit den gleichen Tools generiert werden, die der Körper verwendet. Da Biobatteries Materialien, die biologisch basieren verwenden, sind sie erneuerbare und nicht toxisch, so dass sie eine attraktive Alternative zu herkömmlichen Batterien, die Metalle und Chemikalien zu bedienen.
Percival Zhang und Zhiguang Zhu, Forscher an der Virginia Tech in Blacksburg, entwickelt eine neue Biobattery mit einer größeren Leistung pro Gewicht als die typische Lithium-Ionen-Batterien in den meisten Elektronik verwendet. Sie beschrieben die Forschung online letzten Monat in der Zeitschrift Nature Communications.
Die neue Biobattery konvertiert voll Zucker in Energie, wodurch mehr Leistung als bisherige Biobatteries und einer größeren Akku-Ladung als gemeinsame Lithium-Ionen-Batterien.
"Durch den Einsatz des Lithium-Ionen-Akkus, beispielsweise Ihr Telefon nur für einen Tag dauern, aber in der Zukunft wird es Zucker als Treibstoff... verwenden, dann das Telefon letzten 10 Tage könnte", sagte Zhu.
Die neue Biobattery ruft seine Effizienz mithilfe ein neuartiges System der Enzyme, die Proteine, die helfen, die Reaktion sind stattfinden. Das System verwendet zwei aktive Enzyme, die zwei Paare von Elektronen aus dem Zucker zu befreien, während 10 andere Enzyme helfen, die Reaktion innerhalb der Biobattery zurückzusetzen. Sobald die Reaktion zurückgesetzt wird, lassen Sie die aktiven Enzyme ein weiteres Quartett von Elektronen. Nach sechs Zyklen extrahiert die Biobattery all die Energie, die in das Zuckermolekül, zusammen mit Kohlendioxid und Wasser gebunden.
Bisherige Biobatteries konnte nur ein Sechstel der Energie von der neuen Biobattery extrahieren, da sie nicht, die nicht aktiven Enzyme für das recycling verwenden. Durch die Gewinnung von mehr Elektronen pro Gewicht an Zucker, hat die effektive "Energiedichte" des Zuckers erhöht.
Einer der Hauptvorteile dieses Biobattery ist, dass während des Zyklus voll Zucker in Energie umwandeln kann, es weniger Enzyme als der Körper verwendet, so dass es wesentlich robuster.
Shelley Minteer, ein Biobattery Experte von der University of Utah in Salt Lake City, die nicht mit der Arbeit beteiligt war mag, die das Team in der Lage war, eine Enzym-Zyklus, auch bekannt als ein Enzym-Weg zu entwickeln, die weniger Enzyme als der Körper verwendet.
"Es ist wirklich wichtig, alle Elektronen heraus zu bekommen, aber nicht nur um alle Elektronen heraus," sagte Minteer. Sie fügte hinzu, dass es wichtig ist, alle Elektronen mit den wenigsten Enzyme zu extrahieren.
Mit ihrem neuen recycling Enzymsystem haben Zhang und sein Team genau das getan. "Ich denke, dass es einen großen [Enzym] Weg ist", bemerkt Minteer.
Während das neue Enzymsystem einen großen Schritt vorwärts für Biobatteries kennzeichnet, hat die Technologie noch einige Hürden zu überwinden, bevor es marktreif ist.
"Bisher gibt es zwei weitere Herausforderungen vor uns," erklärt Zhu.
Er sagte, dass in der aktuellen, nicht optimierten Form der Batterie, die Leistung immer noch zu niedrig für viele Geräte ist und die Lebensdauer der Zelle ist immer noch zu kurz, da es noch aufgeladen werden kann.
Gleichwohl sind als Minteer zur Kenntnis genommen, diese Herausforderungen mehr "auf der technischen Seite der Dinge." Zhu und Zhang Stimme und zur Lösung dieser Probleme bei Zhangs Startup-Unternehmen, zellfreie Bioinnovations erwarten.
In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Emily Lewis ist ein Wissenschaftsjournalist in Boston, Massachusetts