Solar Heat‐Enhanced Energy Conversion in Devices Based on Photosynthetic Membranes and PEDOT:PSS‐Nanocellulose Electrodes

材料科学 佩多:嘘 阳极 聚苯乙烯磺酸盐 光电子学 纳米纤维素 光电流 纳米技术 化学工程 电极 化学 纤维素 物理化学 图层(电子) 工程类
作者
Gábor Méhes,Mikhail Vagin,Mohammad Yusuf Mulla,Hjalmar Granberg,Canyan Che,Valerio Beni,Xavier Crispin,Magnus Berggren,Eleni Stavrinidou,Daniel T. Simon
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
卷期号:4 (1) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adsu.201900100
摘要

Abstract Energy harvesting from photosynthetic membranes, proteins, or bacteria through bio‐photovoltaic or bio‐electrochemical approaches has been proposed as a new route to clean energy. A major shortcoming of these and solar cell technologies is the underutilization of solar irradiation wavelengths in the IR region, especially those in the far IR region. Here, a biohybrid energy‐harvesting device is demonstrated that exploits IR radiation, via convection and thermoelectric effects, to improve the resulting energy conversion performance. A composite of nanocellulose and the conducting polymer system poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) is used as the anode in biohybrid cells that includes thylakoid membranes (TMs) and redox mediators (RMs) in solution. By irradiating the conducting polymer electrode by an IR light‐emitting diode, a sixfold enhancement in the harvested bio‐photovoltaic power is achieved, without compromising stability of operation. Investigation of the output currents reveals that IR irradiation generates convective heat transfer in the electrolyte bulk, which enhances the redox reactions of RMs at the anode by suppressing diffusion limitations. In addition, a fast‐transient thermoelectric component, originating from the PEDOT:PSS‐nanocellulose‐electrolyte interphase, further increases the bio‐photocurrent. These results pave the way for the development of energy‐harvesting biohybrids that make use of heat, via IR absorption, to enhance energy conversion efficiency.
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