美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)(Iowa State University)的研究人員開(kāi)發(fā)出3D的紙質(zhì)微生物燃料電池(MFC)，可在整個(gè)系統(tǒng)中利用毛細(xì)管作用引導(dǎo)液體，而無(wú)需使用外部電力。
這種紙質(zhì)的MFC原型可連續(xù)運(yùn)作五天，可產(chǎn)生約1.3μW的電力以及52.25μA的電流，實(shí)現(xiàn)大約25W/m3的電源密度。這些研究結(jié)果顯示紙質(zhì)微生物燃料電池可在無(wú)需使用任何外部電力的環(huán)保模式下發(fā)電。“由此設(shè)備產(chǎn)生的所有電源可完全使用，因?yàn)樗恍枰魏坞娏湍茏屢后w在整個(gè)設(shè)備中運(yùn)行。這一點(diǎn)對(duì)于這些MFC設(shè)備的進(jìn)展以及擴(kuò)展其應(yīng)用相當(dāng)重要，”該研究作者暨愛(ài)荷華州立大學(xué)機(jī)工程助理教授Nastaran Hashemi表示。
該MFC設(shè)備可讓Shewanella Oneidensis MR-1菌株(圖中黃色)與鐵氰化鉀(白色)流進(jìn)腔室。在兩腔室之間放置質(zhì)子交換薄膜，可隔離兩種不同的液體以及讓陽(yáng)極電解液中由生物催化劑分解釋放出的正電離子從陽(yáng)極流到陰極。
在測(cè)試過(guò)程中，在碳布上形成的生物薄膜進(jìn)一步證實(shí)所測(cè)得的電流就是發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。生物薄膜在微生物燃料電池產(chǎn)生電流時(shí)扮演重要角色，當(dāng)生物薄膜的尺寸與厚度增加，就能提高所產(chǎn)生的電流。
在涉及許多酶催化反應(yīng)的復(fù)雜過(guò)程中，細(xì)菌電池可促進(jìn)含有豐富電子的物質(zhì)進(jìn)行新陳代謝。接著，電子可自在地經(jīng)由其中一種電子傳輸模式流至陽(yáng)極。該原型顯示，個(gè)別細(xì)菌和電極之間直接接觸對(duì)于產(chǎn)生電流的影響并不大，因而可支持中介電子傳遞機(jī)制。生物薄膜有助于在電極的分子吸收，使其在高功率密度微生物燃料電池上占據(jù)重要地位。
該設(shè)備首次證明能夠持續(xù)較長(zhǎng)的使用時(shí)間，以及有能力個(gè)別操作。這一開(kāi)發(fā)成果有助于增加微生物燃料電池可加以應(yīng)用的情況。
愛(ài)荷華州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)目前正探索其他選擇，以便更有效控制電壓輸出，以及打造恒定的電流與降低昂貴的化學(xué)品成本。
編譯：Susan Hong
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