段鑲鋒/黃昱夫婦聯手Science：突破微生物燃料電池的極限

大兵哥 2年前 (2021-09-17) 7172瀏覽

【研究背景】

微生物燃料電池（MFCs）可以通過微生物代謝將許多可生物降解有機物來源中儲存的化學能直接轉化為電能。多種多樣的細菌種類和廣泛的燃料使MFC成為一種有吸引力的技術，用于通過生物質和廢水處理進行可再生生物發電。因此，MFC越來越受到學術界和工業界的關注。在為這些系統提供動力的細菌中，希瓦氏菌屬物種被廣泛研究用于生物修復和環境能量回收，因為它們在有氧和無氧環境中生長旺盛，并且在土壤和海水中分布豐富。然而，從典型的希瓦氏菌MFC獲得的電流密度和功率密度對于實際應用來說通常太低。由于低細菌負載能力和/或相對較差的細胞外電子轉移效率，低功率輸出在很大程度上受到細菌陽極的限制。因此，為了突破當前MFC的功率限制，必須設計可以從根本上解決這些電荷傳遞限制的陽極，以有效地將代謝電子提取到外部電極。

【成果簡介】

加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒/黃昱夫婦聯合報告了一個合理的策略，以促進用還原氧化石墨烯-銀納米顆粒（rGO/Ag）支架構建的希瓦氏菌MFCs的跨膜和細胞外電子傳輸過程。由此產生的希瓦氏菌-銀MFC可提供的最大電流密度為3.85 mA/cm²，功率密度為0.66 mW/cm²，單細胞周轉頻率為8.6×10⁵/s，這些都是迄今為止報告的性能最好的MFC。此外，混合MFC具有出色的燃料利用效率，庫侖效率為81%。該文章近日以題為“Silver nanoparticles boost charge-extraction efficiency in Shewanella microbial fuel cells”發表在知名頂刊Science上。