加州大学洛杉矶分校在细菌中加入银使微生物燃料电池的功率超过以往两倍

盖世汽车 Elisha 2021-09-18 14:05:39

核心提示：该技术利用天然细菌从废水的有机物中提取电子，从而产生电流。

盖世汽车讯据外媒报道，加州大学洛杉矶分校（UCLA）领导的研究团队在开发微生物燃料电池方面迈出了重要一步。该技术利用天然细菌从废水的有机物中提取电子，从而产生电流。

（图片来源：UCLA）

加州大学洛杉矶分校萨缪里工程学院（UCLA Samueli School Of Engineering）材料科学与工程系的Yu Huang教授表示：“活性能源回收系统利用在废水中发现的细菌，为实现环境可持续性提供了双重支持。天然细菌种群可以分解有害化合物，帮助净化地下水。现在，我们的研究也展示了通过这一过程利用可再生能源的实用方法。”

该团队重点关注希瓦氏菌属（Shewanella），这种细菌因其产生能量的能力而被广泛研究。它们可以在所有类型的环境中生存并茁壮成长，包括土壤、废水和海水，而不受氧气含量的影响。希瓦氏菌可以将有机废弃物自然分解成更小的分子，而电子是代谢过程的副产品。当细菌在电极上以薄膜的形式生长，可以捕获一些电子，从而形成能够发电的微生物燃料电池。

然而，由奥奈达湖希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）提供电力的微生物燃料电池，此前无法从细菌中捕捉足够的电流，使这项技术未能投入实际的工业应用。很少有电子能足够快地离开细菌膜进入电极，并提供足够的电流和能量。

为了解决这个问题，研究人员在由一种石墨烯氧化物构成的电极中添加银纳米颗粒。这些纳米颗粒释放银离子，细菌利用其代谢过程中产生的电子，将银离子还原为银纳米粒子，然后将其纳入细胞中。一旦进入细菌体内，银粒子就会充当微小的传输线，捕捉更多由细菌产生的电子。该校化学和生物化学系教授Xiangfeng Duan表示：“在细菌中加入银纳米颗粒，就像是为电子创建专用快车道。我们可以更快的速度提取更多的电子。”

随着电子传输效率大幅提升，由此产生的含银希瓦氏菌薄膜能够将80%以上的新陈代谢电子输出至外部电路，使功率达到0.66Nw/Cm 2，超过以前微生物燃料电池最佳功率的两倍。

这项研究得到美国海军研究办公室（Office of Naval Research）的支持。该项研究表明，随着电流增加和效率提升，由银-希瓦氏菌（silver-Shewanella）混合细菌驱动的燃料电池，可能为在实际应用中提供足够的功率输出铺平道路。

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