段镶锋/黄昱夫妇联手Science：突破微生物燃料电池的极限

大兵哥 2年前 (2021-09-17) 7719浏览

【研究背景】

微生物燃料电池（MFCs）可以通过微生物代谢将许多可生物降解有机物来源中储存的化学能直接转化为电能。多种多样的细菌种类和广泛的燃料使MFC成为一种有吸引力的技术，用于通过生物质和废水处理进行可再生生物发电。因此，MFC越来越受到学术界和工业界的关注。在为这些系统提供动力的细菌中，希瓦氏菌属物种被广泛研究用于生物修复和环境能量回收，因为它们在有氧和无氧环境中生长旺盛，并且在土壤和海水中分布丰富。然而，从典型的希瓦氏菌MFC获得的电流密度和功率密度对于实际应用来说通常太低。由于低细菌负载能力和/或相对较差的细胞外电子转移效率，低功率输出在很大程度上受到细菌阳极的限制。因此，为了突破当前MFC的功率限制，必须设计可以从根本上解决这些电荷传递限制的阳极，以有效地将代谢电子提取到外部电极。

【成果简介】

加州大学洛杉矶分校的段镶锋/黄昱夫妇联合报告了一个合理的策略，以促进用还原氧化石墨烯-银纳米颗粒（rGO/Ag）支架构建的希瓦氏菌MFCs的跨膜和细胞外电子传输过程。由此产生的希瓦氏菌-银MFC可提供的最大电流密度为3.85 mA/cm²，功率密度为0.66 mW/cm²，单细胞周转频率为8.6×10⁵/s，这些都是迄今为止报告的性能最好的MFC。此外，混合MFC具有出色的燃料利用效率，库仑效率为81%。该文章近日以题为“Silver nanoparticles boost charge-extraction efficiency in Shewanella microbial fuel cells”发表在知名顶刊Science上。