Уникальный микробный топливный элемент микронного размера был разработан учеными США и Саудовской Аравии. Состоит данное устройство из нескольких слоев графена, питается различными жидкостями (например, слюной), а его мощность составляет до 1 мкВТ.

Как сообщили инженеры-физики, создан топливный элемент был при помощи технологии в основе, которой лежат микроорганизмы - бактерии, способные генерировать энергию из отходов. Органические вещества перерабатываются бактериями, в результате чего высвобождаются электроны. Затем электроны проходят к катоду через внешнюю сеть, тем самым генерируя электроэнергию.

Содержат данные топливные элементы две камеры, отделенные полупроницаемой мембраной, в которых размещены анод и катод. Единственный недостаток данного устройства состоит в том, что необходимо постоянно пополнять новыми акцепторами электронов. Наибольшее предпочтение ученые оказывают ферроцианиду, который дает большую плотность мощности, по сравнению с более доступными и менее токсичными акцепторами, например, кислородом. Последний, ранее уже использовался исследователями, однако только при производстве более крупных микробных топливных элементов.

Новой устройство, созданное командой учеными, под руководством Мухаммеда Хусейна из Научно-технологического университета и исследователями из Университета Пенсильвании, состоит из многослойного графена и резины. Также топливный элемент содержит воздушный катод. Причем, он был использован впервые в такой миниатюрной системе.

Также Хусейна и его коллеги удалили мембрану, тем самым упростив конструкцию устройства. Графеновый анод представляет квадрат со стороной в один сантиметр. Между катодом и анодом ученые поместили резиновую прокладку такой же площади и толщиной в один миллиметр. В центре прокладки вырезали квадратное отверстие, которое послужило анодной камерой. Кроме того, с обеих сторон прокладки из резины были вставлены иголки от шприцов, для впрыскивания слюны в устройство.

Как заявили разработчики, использование резины позволяет сделать устройство более гибким, поэтому его можно будет прикрепить к любой поверхности. А воздушный катод позволяет избежать применения лабораторных химикатов.

Несмотря на то, что в основном слюна состоит из воды, также в ней содержатся различные органические и неорганические соединения, например, глюкоза. Эти соединения могут быть использованы бактериями в качестве топлива. В ходе исследований ученые обнаружили, что устройство производит ток более высокой плотности, по сравнению с любыми существующими аналогами - 1190 амперов на метр кубический.

Только лишь один анод, состоящий из графеновой фольги, способен генерировать в несколько десятков раз больше энергии, чем простой анод из углерода. Этому способствовал тот факт, что графен обладает исключительной электропроводностью. Благодаря этому, электроны намного быстрее двигаются по цепи.
Как сообщили ученые, разработанная ими технология наглядно демонстрирует, что слюна, а также другие органические виды топлива можно применять для питания биоэлектронных устройств. Микробный топливный элемент производит почти один микроватт энергии, что позволяет его использовать для питания маломощных устройств.

Также специалисты отмечают, что их технологию также можно использовать для проведения тестов на овуляцию. Дело в том, что во время овуляции слюна имеет значительно меньшую проводимость тока, скорее всего, в результате увеличения в ней содержания гормона эстрогена. Тогда топливный элемент позволит измерять данный показатель и тем самым определить период максимальной женской фертильности.

По словам Хусейна, энергии, генерируемой новым устройством, вполне хватает для передачи данных на смартфон. В итоге получается доступная и простая технология планирования семьи.

В настоящее время ученые пытаются увеличить мощность устройства до диапазона милливаттов при помощи модернизации воздушного катода. Результаты исследований были опубликованы в издании NPG Asia Materials.