Современная электроника №5/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2024 пор , заполненных воздухом и водой . Это органический , животный и рас - тительный субстрат , где происходят биохимические процессы , необходи - мые для флоры . Один из разработанных недавно прототипов MFC показал хорошие результаты как в засушливых , так и в заболоченных условиях . Вместо исполь - зования традиционной конструкции , в которой анод и катод расположены параллельно друг другу , в топливном элементе для относительно засушливых грунтов ( малой влажности ) использо - вали перпендикулярную конструкцию расположения электродов . Конструк - тивный состав устройства показан на рис . 5. Анод , сделанный из углеродно - го волокна , расположен горизонталь - но по отношению к поверхности зем - ли . Катод , изготовленный из инертного проводящего металла , расположен вер - тикально над анодом . Нижняя часть катода остаётся глубоко в грунте на расстоянии до 60 см под поверхностью земли , в увлажнённых слоях почвы . Это особенно актуально для грунтов и усло - вий с относительно небольшой влаж - ностью и климата с большой годовой солнечной активностью , естественным образом иссушающей почвы . Если гово - рить о болотистых местах и в целом о среде с относительно большой влажно - стью , глубина погружения устройства не является принципиальной , доста - точно нескольких сантиметров , кроме случаев , когда нужно преобразовать электроэнергию из микроорганизмов , обитающих в донном иле . Часть катода обработана гидроизо - ляционным материалом , чтобы обе - спечить приток кислорода ( воздуха ) во время неконтролируемого или при - нудительного погружения устройства , к примеру , актуального в условиях боль - шой ветреной активности ( волн , если устройство используется на болоте ) или наводнения – в иных условиях примене - ния в водной среде ( другой электрод – в донном иле ). Такая вертикальная кон - струкция после возможного подтопле - ния среды позволяет катоду высыхать постепенно , а не сразу . Тем самым обе - спечивается более долговременное пре - образование электроэнергии . Несмотря на то , что устройство полностью нахо - дится в земле , верхний вывод – прово - дящий ток контакт вертикальной кон - струкции находится на одном уровне с поверхностью земли . Крышка биогене - ратора , напечатанная на 3D- принтере , лежит на верхней части устройства и предотвращает попадание частиц пыли и осадков ( рис . 9). Отверстие сверху и пустая воздушная камера , расположен - ная рядом с катодом , обеспечивают постоянный поток воздуха . Так в есте - ственных условиях выглядит погружён - ный в грунт элемент биоэлектрогенера - тора . При установке в почву нескольких систем MFC, а также при погружении их на разную глубину , при разных , в том числе намеренных , увлажнениях и изменениях состава почвы , биогене - раторы дают разный ток и напряжение . В табл . 1 представлены некоторые зафиксированные значения тока и напряжения в грунтах разного состава . Рис . 6. Внешний вид конструкции , созданной в лабораторных условиях Рис . 7. Вид генератора MFC после проведения испытаний Рис . 8. Билл Йен в лаборатории университета Northwestern Рис . 9. Элемент питания в земле Таблица 1. Некоторые зафиксированные значения тока и напряжения в разном составе грунтов Параметры и условия среды Выходной ток , мкА , макс Напряжение на электродах , мкВ Погружение на 20 см , сельхозугодия , измерение после 2 часов обильного дождя 291 400 Погружение на 20 см , в тех же условиях через 10 часов после окончания дождя 345 924 Погружение на 20 см , речной песок 15 120 Погружение на 10 см , мох на болоте 870 2700 Погружение на 15 см , компост 10- дневного отстоя 1500 14 650 Погружение на 15 см , компост ( навоз ) двухлетней давности Около 1000 9200