Современная электроника №5/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2024 Нетрадиционные источники энергии MFC и электропитания РЭА из биосреды . Инновационная разработка Перспективные и конкурентные разработки в области современной электроники связаны с расширением возможностей преобразования энергии естественной среды , динамично меняющейся по биохимическим свойствам , в электрический ток с созданием альтернативных традиционным и возобновляемым источников питания . В статье рассматривается разработка инновационных источников тока на основе биохимической реакции – биоразлагаемых « микробных топливных элементов » МТЭ (Microbial fuel cell – MFC) как новой технологии природных экологических электронных систем . Антти Эс MFC – это тип биоэлектрохимиче - ской системы топливных элементов , также известный как микротоплив - ный элемент , генерирующий электри - ческий ток путём отвода электронов , образующихся в результате микроб - ного окисления восстановленных сое - динений ( также известных как топли - во или донор электронов ) на аноде , к окисленным соединениям на като - де через внешнюю электрическую цепь . С ростом количества устройств в системе Интернета вещей (IoT) уже невозможно игнорировать потенци - ал развития сопутствующих устройств РЭА , таких как датчики и элементы питания , а также нельзя не видеть проблемы , связанные с использо - ванием традиционных источников питания для РЭА , прежде всего их громоздкость , токсичность составля - ющих материалов и сложности ути - лизации . Но возможно использовать доступные биотехнологии и иннова - ционные средства получения электро - энергии , её усиления и преобразова - ния буквально из всего , в том числе из почвы и взаимодействующих в ней с помощью биохимических реакций микроорганизмов , вплоть до мельчай - ших бактерий . Снабжать полученной таким образом электроэнергией горо - да и веси пока не получится – мощ - ность биоэлементов крайне мала . Зато велики перспективы в разработ - ке генераторов MFC для преобразо - вания малой энергии в маломощных электронных устройствах , решениях и приложениях . Потенциальная польза биоэлектрогенераторов Обозримое будущее связывают с триллионами действующих повсе - местно на возобновляемых источ - никах электроэнергии электронных устройств , в том числе в системах IoT. Традиционные элементы питания на основе лития , тяжёлых металлов и ток - синов , опасных для человека и окру - жающей среды , постепенно уходят в прошлое . Кроме того , проблема их утилизации стоит довольно остро . В то же время открыты альтернативы , кото - рые смогут обеспечивать электроэнер - гию для автономного и практически неиссякаемого питания устройств РЭА , а также в перспективе создания децен - трализованной сети автономных элек - тронных устройств с автономным и « беспроводным » питанием для каж - дого из них . Действие иновационных топливных элементов , получающих энергию непо - средственно из почвы ( грунта ), осно - вано на биохимической реакции раз - ных типов – от продуктов естественной ( натуральной ) природной деятельно - сти земляных червей и биоразлага - емых отходов до грибков ( плесени ). Пока речь идёт только о малых зна - чения тока и напряжения , однако такие источники тока можно усовер - шенствовать с помощью электронных преобразователей . Тем не менее в уже имеющихся биоразлагаемых источни - ках электроэнергии ток в значении нескольких миллиампер уже достато - чен для питания маломощных элек - тронных датчиков и микромодулей РЭА , в том числе снабжённых микро - мощными беспроводными передатчи - ками для трансляции электропитания к другим устройствам и организации канала передачи аналоговых и цифро - вых данных от датчика к электронно - му контроллеру . Разное назначение контроллеров и в целом систем РЭА в данной области охватывает практически любые сфе - ры их возможного применения чело - веком . Кроме того , абсолютно ожи - даемо , что в дальнейшем мощность подобных биогенераторов электро - энергии будет расти . Пока в почве есть органический углерод и расще - пляющие микроорганизмы , топлив - ный элемент потенциально может работать вечно . Рис . 1. Схема водородной газовой установки