Однако, прочитав релиз и попытавшись осилить статью, я так и не понял, как эта штука работает с точки зрения термодинамики. Эти белковые нити впитывают воду из воздуха (насколько я понял, живые бактерии в процессе не участвуют, а используются только для производства нитей). И тут откуда-то возникает самоподдерживающаяся (что?) разность потенциалов. И работает оно 24/7, за счёт влажности воздуха и без внешних источников энергии.
Попытался разобраться - показанный на картинке излучающий светодиод и светящийся ЖК экран - впечатлили, а также фраза о мощности в 1 кВт на кубометр.
Вот отдельные переведенные электронным способом (с ручной смысловой коррекцией) абзацы из статьи.
Может они что-то прояснят.
"Здесь мы показываем, что тонкопленочные устройства, изготовленные из наноразмерных белковых волокон, взятых у микроба Geobacter sulfurreducens, могут генерировать постоянную электроэнергию. Устройства вырабатывают постоянное напряжение около 0,5 В с плотностью тока около 17 микроампер на квадратный сантиметр.
Мы считаем, что движущей силой этого генерирования энергии является самоподдерживающийся градиент влажности, который образуется внутри пленки, когда пленка подвергается воздействию влажности, которая естественным образом присутствует в воздухе.
Устройство состоит из тонкой (примерно 7 мкм) пленки белковых нанонитей, нанесенных на золотой электрод. Золотой электрод меньшего размера помещается поверх пленки нановолокон.
Анализ тока через нагрузочный резистор также продемонстрировал непрерывное производство тока в течение более 20 часов. После 20 ч производства тока напряжение снизилось примерно с 0,5 В до 0,35 В, но было восстановлено до 0,5 В в течение 5 ч. Отбор электрической энергии через резистор в течение дополнительных 20 ч снова немного снижал напряжение, которое можно было многократно перезаряжать.
При долгосрочном мониторинге, устройство поддерживало стабильное напряжение постоянного тока около 0,4–0,6 В в течение более 2 месяцев.
В среде с контролируемой влажностью, относительная влажность около 40–50% давала самое высокое напряжение, но существенные напряжения по-прежнему генерировались при относительной влажности до 20% (сравнимой с пустынной средой), а также при 100% влажности.
В реальной пленке нановолокна нанопоры распределяются случайным образом. Наличие высокой плотности этих нанопор в пленке помогает объяснить наличие градиента влажности.
В частности, понижение давления паров обычно наблюдается в пористой среде благодаря вкладу капиллярного давления. В установившемся режиме ожидается, что градиент давления пара должен существовать на границе раздела воздух-материал. Ожидается, что для тонкой пленки из нановолокон (например, менее 7 мкм) вся толщина будет находиться в пределах этого граничного градиента давления пара, тогда как более толстая пленка выходит за пределы области конечного градиента.
Адсорбция воды на твердой поверхности представляет собой динамическое равновесие, включающее постоянный адсорбционно-десорбционный обмен на границе раздела. В общей динамике рекомбинации ожидается, что адсорбция будет пропорциональна молекулярной концентрации молекул воды в воздухе или давлению пара. В результате индуцированный градиент давления пара в пленке нановолокна, как мы наблюдаем, приведет к градиенту влажности.
Этот градиент влажности может объяснить генерацию напряжения в наших пленках нановолокон. Поверхностные функциональные группы (например, карбоксильные группы), присущие нановолокнам, являются источником обменных протонов. Предполагается, что градиент влажности создаст градиент ионизации в карбоксильных группах или градиент концентрации в подвижных протонах (на фоне неподвижного COO-аниона). Протонный градиент приводит к диффузии протонов, чему, возможно, способствует дырочная проводимость в нановолокнах. Ожидается, что эта диффузия заряда вызовет уравновешивающее электрическое поле или потенциал, аналогичный покоящемуся мембранному потенциалу в биологических системах. Наши экспериментальные наблюдения показывают, что сторона с более низкой влажностью всегда имела более высокий (положительный) потенциал, что согласуется с предсказаниями этой диффузионной модели.
Приведенный выше анализ показывает, что высокая плотность нанопор является ключом к формированию градиента влажности, и что высокая плотность поверхностных функциональных групп впоследствии приводит к градиенту потенциала вследствие диффузии заряда в пленке.
Поэтому мы предлагаем следующий качественный механизм отбора энергии в пленке нановолокна.
Молекулы воды в воздухе естественным образом содержат ионизированные частицы или ионизируются при адсорбции на поверхности нановолокон. Ионизированные кластеры передают заряд нановолокну, обеспечивая протекание тока в замкнутом контуре, управляемом напряжением в результате градиента влажности.
Наши нановолокна, по-видимому, дают особенно эффективную передачу заряда для непрерывного электрического выхода, вероятно, из-за коллективных эффектов от поверхностных групп с высоким сродством к молекулам воды и автономным электрическим полем, которое облегчает ионизацию и перенос заряда."
