来自加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的一组工程师和化学家朝着微生物燃料电池的发展迈出了重要一步——微生物燃料电池利用细菌从有机物质中提取电子并产生电流——将银纳米粒子添加到细菌中电影。
微生物燃料电池直接将储存在有机物质中的化学能(如废水中的化学能)转化为电能。它们对废水处理和发电应用都很有吸引力。
加州大学洛杉矶分校工程师黄宇教授说：“利用废水中发现的细菌的活体能量回收系统为环境可持续性工作提供了双重打击。”“细菌的自然种群可以通过分解有害化合物来帮助净化地下水。”
“现在，我们的研究还展示了一种从这一过程中利用可再生能源的实用方法。”
加州大学洛杉矶分校的研究人员专注于细菌Shewanella属，由于它们的能量产生能力和惊人的耐寒性而引起了相当大的关注：它们可以在所有类型的环境中生长和茁壮成长，包括土壤、废水和海水，无论是否有氧气水平。该属的物种自然地将有机废物分解成更小的分子，电子作为代谢过程的副产品。当细菌在电极上生长成薄膜时，可以捕获一些电子，形成发电的“微生物燃料电池”。
然而，由Shewanella oneidensis提供动力的微生物燃料电池并没有从细菌中捕获足够的电流，从而使该技术能够用于工业用途。这是因为很少有电子能够快速移动以逃离细菌膜并进入电极。“目前的[微生物燃料电池]通常表现出令人不满意的低功率密度，这在很大程度上受到缓慢的跨膜和细胞外电子转移过程的限制，”作者在他们的科学论文中写道。
为了解决这个问题，研究人员在氧化石墨烯电极中添加了银纳米颗粒。纳米颗粒释放银离子，细菌将银离子通过代谢过程释放的电子还原为银纳米颗粒，然后结合到细胞中。一旦进入细菌内部，银粒子就可以有效地充当传输线，捕获更多的代谢电子。
化学家段祥峰教授解释说：“将银纳米粒子加入细菌中，就像为电子创造了一条专用的快速通道，这使我们能够以更快的速度提取更多的电子。”
由此产生的希瓦内拉薄膜将 80% 以上的代谢电子输出到外部电路，每平方厘米产生 0.66mW 的功率。这使微生物燃料电池的先前记录效率增加了一倍以上，并表明可能有可能利用细菌为某些实际应用产生电流。
