Полностью интегрированное микрофлюидное устройство, работающее на солнечном свете, может служить в качестве автономного источника питания на основе топливных элементов для микросенсоров или приложений «лаборатория на кристалле».

Уменьшение размеров имеет свои проблемы, особенно когда требуются миниатюрные автономные системы, такие как приложения «лаборатория на кристалле» или микросенсоры. Эти системы часто нуждаются в собственном источнике питания, но внешние батареи неуклюжи и их сложно интегрировать. Поскольку микрожидкостные системы предлагают такую ​​интеграцию, Такехико Китамори и Юрий Пихош из Токийского университета и их коллеги сосредоточились на микрожидкостных устройствах и разработали фотокаталитический микрогенератор водородного топлива в сочетании с микротопливным элементом, созданным на микрожидкостном чипе.

Утверждается, что этот микрожидкостный генератор энергии основан на солнечном свете и может обеспечивать непрерывное питание других миниатюрных устройств при комнатной температуре и атмосферном давлении.Ученые описывают свое микрогидравлическое силовое устройство как модульную систему, установленную на стеклянной платформе, с двумя модулями, фотокаталитическим микротопливным генератором и микротопливным элементом, соединенными набором микро- и наноканалов. Оба микрофлюидных модуля содержат набор «расширенных наноканалов» для протонного обмена — авторы утверждают, что эти ENC обеспечивают отличную протонную проводимость и позволяют протонам перемещаться гораздо быстрее, чем обычные протонообменные мембраны Nafion. Фотоанод, а именно фотокатализатор для расщепления воды, также является инновационным: он состоит из специально разработанных металлооксидных наностержней, которые, как показали авторы, фотокатализируют производство водорода с «рекордной эффективностью».

Оба газа, кислород и водород, образующиеся при расщеплении воды, затем по отдельности транспортируются через микроканалы к микротопливному элементу, где кислород, электроны и протоны электрохимически соединяются с водой, обеспечивая энергию.Поскольку вода циркулирует обратно в первый модуль, этот микро-источник питания является самодостаточным и зависит только от солнечного света.

Ученые протестировали устройство и обнаружили стабильное производство водорода в день, что «эквивалентно 35 миллиджоулей накопленной энергии, которой было бы достаточно для питания микросенсора и передачи данных о времени в течение 24 часов», — заявили они. Тем не менее, они должны интегрировать набор микробаков для хранения газа, чтобы избежать избыточного давления газов, но, по мнению авторов, эта проблема может быть решена быстро.

Предлагаемые области применения — это автономные микросенсоры и технологии «лаборатория на кристалле», последние из которых могут уменьшить размеры всего лабораторного процесса, тем самым экономя ценные материалы и затраты на электроэнергию.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *