2024年11月17日 星期日
2024年11月17日 星期日

新一代微生物燃料电池

2019/10/15 12:33:451803

  据TheScientists网站报道,世界上最小的微生物燃料电池(MFC)能够用于水下遥感以及器官移植技术。

11.jpg

  结构及原理:这种MFC的总体积最小仅仅为0.3微升,由微流体芯片构成,靠细菌产生能量:将细菌植入阳极,细菌新陈代谢产生的电子流向阴极,形成回路,阳极和阴极加在一起只有几根头发的宽度,但却能产生连续的电流。

  创新点:2008年,伊利诺伊大学香槟分校的研究人员研制出了一种3平方毫米的氢燃料电池,被誉为当时世界上最小的燃料电池。2009年,位于圣巴巴拉市的加利福尼亚大学的一个研究团队研制了一个体积为1.5微升的MFC,体积缩小了五倍。

12.jpg

  阴极和阳极,由卡耐基梅隆大学开尔文葛提供。

  这种新的燃料电池用了不同的方法来分离电池内阴阳极的两侧的流体。绝大多数MFC依靠半透膜分隔流体,然而仍然允许质子的通过。美国华盛顿特区海军研究中心的燃料电池研究员伦纳德泰德认为这对MFC来说这是一个大问题,因为设计微生物膜并将其密封在越来越小的燃料电池内一直都是一个挑战。在这种新的电池里,研究人员仅仅通过去掉整个膜解决了这个问题,他们依靠微流体通道成功的把两种液体分开,就像两条河流并排流动而不会混合。

13.jpg

  制作微流体通道,由卡耐基梅隆大学开尔文葛提供。

  此外,美国在宾夕法尼亚州卡耐基梅隆大学的环境工程师、资深作家开尔文葛认为,因为大批量生产微流体芯片比较容易,使得这种技术具备大规模生产的可能性、廉价并容易实现。

  价值:作为电源,燃料电池比化学电池具有很多优势。除了更加便宜耐用之外,燃料电池由天然成分组成因而不用担心会把有毒的化学物质漏泄到环境中。MFC,尤其是那些能源产生于生物系统的电池,也同样可作为可再生电源,因为这种电池可能消耗可再生燃料——如有机废物。有关专家认为,这些优点使得这种电池非常适用于那些需要长时间自供电的远程应用设备,如水下传感器,甚至是有朝一日用于器官移植体或医疗传感器。

14.jpg

  细菌在阳极生长,由卡耐基梅隆大学开尔文葛提供。

  所需改进:研究员格里高利提到,目前的MFC仅能产生微量的电量----大约每立方米127安培,比5号电池低7000倍。以这种水平,单个流体芯片MFC可能用于遥感器时足够为自身供电,但对于大电量的应用,需要将更多的单电池堆叠在一起来增加功率输出。