流體下的發電機，來看看微生物燃料電池

材料牛注：流體發電，環境友好，無需外部電源——難道不是永動機嗎？不不不，快來看看最新研發出來的3D紙片微生物燃料電池吧！

美國愛荷華州立大學研究小組的成員們，證實了三維紙片微生物燃料電池（MFC）能夠利用毛細管作用，在不需要外部電源的情況下引導液體流經（MFC）系統。他們的報導在即將發表在最新的TECHNOLOGY雜志中。

這種3D紙片微生物燃料電池（MFC）系統是使沙雷菌MR-1（黃色）和鐵氰化鉀（白）一同流進腔室。將質子交換膜置于兩腔室之間使得兩種液體分離，同時允許在生物催化過程中釋放帶正離子通過，并阻止電解液從陽極流到陰極。

該微生物燃料電池系統能夠連續工作五天，其由于在陽極形成生物膜而產生電流。該系統的功率1.3μW，在實驗中52.25 μA的電流能產生功率密度大約為25 W/m³。這些結果表明，紙片微生物燃料電池能夠在環境友好模式且在不利用任何外部電源的情況下產生能量。機械工程系副教授同時也是文章的第一作者Nastaran Hashemi 博士表示，此設備產生的所有動力都是便于利用的，這是因為使液體流經設備是不需要外部電力來運行的。這對設備的升級和應用擴展而言是至關重要的。此外，這篇論文的合著者有：Niloofar Hashemi, Joshua Lackore, Farrokh Sharifi, Payton Goodrich, 和 Megan Winchell.

在測試過程中，系統內發生了生物薄膜在碳布上形成的過程。這進一步表明了，目前所測量到的電流數據，是發生了生物化學反應的結果。這一結論十分重要，因為生物薄膜對于微生物燃料電池中電流的產生極其關鍵。提高生物薄膜的尺寸和厚度，能相應提高電流的產生效率。單個細菌細胞能在涉及許多酶催化反應的復雜過程中代謝出富電子物質。之后，電子通過多種傳遞方式之一自由移動到陽極。電子傳遞的方式相當復雜，但有證據表明，每種細菌中電子的傳遞方式都是獨一無二的。對沙雷菌MR-1而言，目前已知的是其主要通過直接接觸將電子從單個細菌細胞傳遞到陽極，以及分泌出可溶性氧化還原分子和納米線的方法。在這其中，人們普遍認為，分泌出的可溶性氧化還原分子承擔了分子外電子轉移的主要責任，它差不多彌補了在電子從單個細菌細胞傳遞到電極過程中70%的電子轉移。

此外實驗還表明，沙雷菌MR-1與電極間的直接接觸對于電子的產生沒有什么影響，且支持了介質電子轉移機制。生物薄膜有助于電極上的氧化還原分子的吸附，因此生物薄膜對于高功率微生物燃料電池很重要。目前，對于紙片微生物燃料電池在運行若干天中的發電量變化沒有太多研究。若生物膜的形成沒有足夠的時間，那么已經報道的電流和功率數據將主要是和細胞外電子轉移相關，這意味著這些數據并不是完全代表著微生物燃料電池的發電能力。此設備首次證明了微生物燃料電池長時間使用和獨立運行的能力，這有助于拓寬微生物燃料電池的應用領域。

目前，愛荷華州立大學研究組正在探索，以選擇出能夠更好控制輸出電壓和穩定電流的方式。受控環境測試將有助于調節系統的輸出，產生更穩定的結果。為獲得最佳的可用性和降低成本，這個小組還要繼續探索研究，以期在這種設備中不使用全氟磺酸和鐵氰化鉀。

參考原文鏈接：3-D paper-based microbial fuel cell operating under continuous flow?condition

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