自给自足的细菌燃料电池可以代替石油煤炭甚至太阳能

2019-10-23 08:50:27

自给自足的细菌燃料电池可以代替石油,煤炭甚至太阳能,可以为未来提供动力。纽约州立大学宾厄姆顿大学的研究人员已经开发出了微生物燃料电池(MFCs)的下一步,这是第一个微型自我维持细胞,该细胞通过两种细菌的​​共生相互作用连续13天发电。

宾厄姆顿大学电气与计算机科学系助理教授崔硕雄教授说:“通过协同合作创造电力的概念并不是新事物。但是,这项工作中的许多工作仍处于起步阶段。”异养和光合细菌的共培养,在微型微生物燃料电池中实现可持续的太阳能驱动生物发电。”

Choi说:“这项技术的发展将需要进一步的探索,但是我们第一次在微型设备中实现了这一概念性想法。”

在大约90升茶匙大小的五分之一的细胞室内,研究人员放置了光养和异养细菌的混合培养物。养光细菌利用阳光,二氧化碳和水来产生自身的能量,而异养细菌必须以觅食的有机物或养光细菌为生,才能生存-想想在草地上放牧的奶牛。

当细胞暴露于阳光下时,将初始剂量的“食物”添加到腔室中以刺激异养细菌的生长。通过细胞呼吸,异养细菌产生了二氧化碳废物,光养细菌利用该废物开始了共生循环。

建立该循环后,研究人员停止为异养细菌添加额外的“食物”来源,并且有足够的光养细菌来维持异养细菌的代谢过程。这些新陈代谢过程连续13天产生电流-每平方厘米细胞8微安。该功率比仅由光养细菌产生的电流大70倍。

崔说:“基于异养细菌的燃料电池可产生更高的功率,而光合微生物燃料电池则具有自我可持续性。这是迄今为止两全其美的方法。”

突破是有希望的,但它是发展细菌发电的早期步骤。总的来说,电池的微型尺寸可缩短启动时间并克服较小的电阻。但是,一台普通的42英寸高清电视需要大约半安培的电流才能正常工作,从理论上讲,该实验需要大约62,500个电池。实际上,这些电池将用于在偏远或危险的地方提供电力,低功耗项目,例如健康监视器和基础设施诊断传感器。

崔说:“使用这种技术存在一些挑战。” “我们发现了平衡两种微生物的生长以最大化设备性能以及确保该封闭系统无需额外维护即可永久产生电力的平衡。我们需要进行长期试验。”

目前的工作是Choi从事的有关电池和微生物的动力研究的最新成果。去年春天,研究人员首次将9个生物太阳能(bio-solar)细胞连接到一个工作的生物太阳能板中。该实验中使用的细菌是光养性的。该面板产生的功率是任何现有的小型生物太阳能电池中最大的:5.59微瓦。Choi还开发了一种基于折纸的微生物纸电池,一种可以将人类唾液用作动力的微生物电池,一种可以印在纸上的电池以及受日本忍者投掷星星启发设计的电池。

该论文将于4月30日发表在《电源》杂志上。

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