人造生物膜提升MFC性能

据fuelcellsworks网站报道，微生物燃料电池（Microbial fuel cells，MFCs）是一种利用细菌的新陈代谢将有机物中的化学能转化为电能的一种新技术。阳极生物膜的特性是直接影响微生物燃料电池性能的关键因素之一。近日，德国拜罗伊特大学研究人员成功开发出了一种新型的人造生物膜，该生物膜应用于微生物燃料电池，使得MFC性能大幅提升。该项研究成果日前已以“Electrogenic single-species biocomposites as anodes for microbial fuel cells”为题公开发表在了《Macromolecular Bioscience》期刊上（doi: 10.1002/mabi.201600442）。

微生物燃料电池内部的细菌以乳酸等有机物为原料，在细菌新陈代谢过程中阳极附着的细菌通过氧化乳酸，连续不断地产生电子，在阳极产生的电子通过外电路被转移到阴极侧，电子的定向移动形成了电流。微生物燃料电池通过这种方式产生电能的过程中，阳极的金属表面通常被细菌附着，并且附着的细菌逐渐繁殖，最终形成了一层天然的生物膜。这种天然形成的生物膜，本质上是一层含有单一类型细菌的微小聚合物纤维网络。

近期拜罗伊特大学研究人员开发的人造生物膜，与细菌自然繁殖形成的生物膜具有同样的效果，但这种人造膜的合成采用的是生物复合材料，其中天然粘液由合成水凝胶基质代替。这就使得在高度控制生物复合材料的组成和材料性质的同时，不丧失天然生物膜的优点。开发的新型人造生物膜其性能更稳定，其上仅含有一种类型的细菌，即奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）。该生物膜应用于MFC，电池产生的功率可达到采用天然生物膜时功率的2倍多。

为了制备出这种人造生物膜，首先要将生物体悬浮在所需的合成水凝胶中，然后通过湿纺和静电纺丝来生产纤维和非织造纱布，最后生物复合材料通过PPX涂层来防水。

该项微生物燃料电池生物膜的开发研究由拜罗伊特大学Ruth Freitag教授和Andreas Greiner教授领衔，研究得到了德国巴伐利亚州环境与消费者保护部的基金支持。