PEDOT-polymeerin käyttö bioaurinkokennossa
Katavisto, Kalle (2024-06-13)
PEDOT-polymeerin käyttö bioaurinkokennossa
(13.06.2024)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024072561982
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024072561982
Tiivistelmä
Jotta aurinkoenergiaa voisi todella kutsua ympäristöystävälliseksi energian tuotantomenetelmäksi, niin
raskasmetalleista pitää päästä eroon. Yksi lupaava kehityssuunta on kehittää bioaurinkokennoja, jotka
käyttävät fotosynteesiin kykeneviä syanobakteereita hyödyksi sähkövirran tuottamiseksi. Tällä
hetkellä valtaosa bioaurinkokennoista käyttää kuitenkin indiumtinaoksidi (ITO) -pohjaisia elektrodeja,
ja indium on raskasmetalli josta pyritään pääsemään eroon. Parempi lähestymistapa onkin valmistaa
työelektrodit johdepolymeereistä. Yksi parhaiten tähän käyttötarkoitukseen soveltuvista
johdepolymeereistä on poly(3,4-etyleenidioksitiofeeni) eli PEDOT. Erinomainen sähkönjohtavuus,
bioyhteensopivuus ja yksinkertainen valmistusmetodi tekevät PEDOT:ista hyvän elektrodimateriaalin
niin tähän, kuin moneen muuhunkin käyttötarkoitukseen. PEDOT:ia voidaan käyttää esimerkiksi
superkondensaattoreissa elektrodimateriaalina.
Bioaurinkokennoja hyödyntämällä pystytään tuottamaan energiaa tavoilla, jotka eivät onnistu
perinteisillä pii-pohjaisilla aurinkokennoilla. Koska elektronit syntyvät syanobakteerien
fotosynteesissä, joka samaan aikaan kuluttaa hiilidioksidia, niin bioaurinkokennojen tuottama energia
on hiilinegatiivista. Sähköä syntyy myös silloin kuin Aurinko ei paista, sillä syanobakteerien
soluhengityksessä syntyy pieniä määriä elektroneja. Vaikka soluhengityksessä syntyykin
hiilidioksidia, niin nettovaikutus koko kennossa on silti hiilidioksidin osalta negatiivinen. Lisäksi
bioaurinkokennon ollessa elävä aurinkokenno, niin syanobakteerit korjaavat itse itseään jolloin
ikääntyminen ei aiheuta suuria ongelmia.
Tässä työssä höyryfaasipolymerisaatiolla valmistettuja PEDOT-kalvoja käytetään yhdessä
syanobakteerien ja ravinneliuoksen kanssa tuottamaan sähköä. Sähkökemiallisissa mittauksissa
käytetään jännitedynaamista sähkökemiallista menetelmää, syklistä voltammetriaa (CV),
sähkökemiallista impedanssispektroskopiaa (EIS) ja kronoamperometriaa jossa eri värisiä LED-valoja
pidetään sykleittäin päällä. EIS-tekniikalla saadaan tärkeää tietoa johdepolymeerin ja syanobakteerien
kontaktirajapinnan tapahtumista. Työssä käytetään myös erilaisia lisäaineita, joilla syanobakteerien
fotosynteesiä saadaan tehostettua tai elektronien siirtymistä bakteerisoluilta elektrodille saadaan
nopeutettua. Työssä esitettyjen tulosten on tarkoitus auttaa ymmärtämään PEDOT-johdepolymeerin
käyttöpotentiaalia bioaurinkokennon kaltaisissa sovelluksissa.
raskasmetalleista pitää päästä eroon. Yksi lupaava kehityssuunta on kehittää bioaurinkokennoja, jotka
käyttävät fotosynteesiin kykeneviä syanobakteereita hyödyksi sähkövirran tuottamiseksi. Tällä
hetkellä valtaosa bioaurinkokennoista käyttää kuitenkin indiumtinaoksidi (ITO) -pohjaisia elektrodeja,
ja indium on raskasmetalli josta pyritään pääsemään eroon. Parempi lähestymistapa onkin valmistaa
työelektrodit johdepolymeereistä. Yksi parhaiten tähän käyttötarkoitukseen soveltuvista
johdepolymeereistä on poly(3,4-etyleenidioksitiofeeni) eli PEDOT. Erinomainen sähkönjohtavuus,
bioyhteensopivuus ja yksinkertainen valmistusmetodi tekevät PEDOT:ista hyvän elektrodimateriaalin
niin tähän, kuin moneen muuhunkin käyttötarkoitukseen. PEDOT:ia voidaan käyttää esimerkiksi
superkondensaattoreissa elektrodimateriaalina.
Bioaurinkokennoja hyödyntämällä pystytään tuottamaan energiaa tavoilla, jotka eivät onnistu
perinteisillä pii-pohjaisilla aurinkokennoilla. Koska elektronit syntyvät syanobakteerien
fotosynteesissä, joka samaan aikaan kuluttaa hiilidioksidia, niin bioaurinkokennojen tuottama energia
on hiilinegatiivista. Sähköä syntyy myös silloin kuin Aurinko ei paista, sillä syanobakteerien
soluhengityksessä syntyy pieniä määriä elektroneja. Vaikka soluhengityksessä syntyykin
hiilidioksidia, niin nettovaikutus koko kennossa on silti hiilidioksidin osalta negatiivinen. Lisäksi
bioaurinkokennon ollessa elävä aurinkokenno, niin syanobakteerit korjaavat itse itseään jolloin
ikääntyminen ei aiheuta suuria ongelmia.
Tässä työssä höyryfaasipolymerisaatiolla valmistettuja PEDOT-kalvoja käytetään yhdessä
syanobakteerien ja ravinneliuoksen kanssa tuottamaan sähköä. Sähkökemiallisissa mittauksissa
käytetään jännitedynaamista sähkökemiallista menetelmää, syklistä voltammetriaa (CV),
sähkökemiallista impedanssispektroskopiaa (EIS) ja kronoamperometriaa jossa eri värisiä LED-valoja
pidetään sykleittäin päällä. EIS-tekniikalla saadaan tärkeää tietoa johdepolymeerin ja syanobakteerien
kontaktirajapinnan tapahtumista. Työssä käytetään myös erilaisia lisäaineita, joilla syanobakteerien
fotosynteesiä saadaan tehostettua tai elektronien siirtymistä bakteerisoluilta elektrodille saadaan
nopeutettua. Työssä esitettyjen tulosten on tarkoitus auttaa ymmärtämään PEDOT-johdepolymeerin
käyttöpotentiaalia bioaurinkokennon kaltaisissa sovelluksissa.