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據(jù)媒體消息，美國科學家在微生物燃料電池的陽極上涂上了銀和還原氧化石墨烯的復合材料，取得了創(chuàng)紀錄的功率。在元素的運行過程中，涂層釋放出銀納米粒子，這些粒子穿透細菌的外殼，促進電子向陽極的傳輸，大大提高了其電子的轉(zhuǎn)移效率。


微生物燃料電池是一種利用微生物將化學鍵的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。一層細菌膜被涂在電池的陽極上，細菌氧化電解液的成分，并將獲得的電子轉(zhuǎn)移到電極上。細菌燃料可以是各種各樣的有機物質(zhì)，包括混合物。因此，從長遠來看，微生物燃料電池可能同時解決兩個任務：獲得電力和回收危險廢物，如廢水成分。

然而，就目前而言，微生物燃料電池的容量不到每平方厘米0.3毫瓦，不足以用于商業(yè)用途。損失發(fā)生在所有階段，但大多數(shù)能量是在電子從細菌轉(zhuǎn)移到陽極時損失的。

由加州大學的黃玉（音譯）（Yu Huang）領(lǐng)導的美國研究人員已經(jīng)成功地使微生物燃料電池更加有效。作者使用了一種薄膜燃料電池，他們在該電池的陽極上涂抹了一層希瓦氏菌的薄膜。這些細菌廣泛存在于土壤、地下水和海水中，可以在有氧和無氧條件下生存，被認為是用于微生物燃料電池的理想選擇。

黃和他的同事開始制造三種類型的碳陽極：無涂層的、涂有還原氧化石墨烯（rGO）的和涂有還原氧化石墨烯-銀（rGO/Ag）復合材料。科學家們加入了還原氧化石墨烯以減少阻力，并加入銀以促進電子從細菌轉(zhuǎn)移到陽極。然后將電極放在含有細菌和營養(yǎng)物質(zhì)的弱堿性溶液中，供它們使用。黃和他的同事?lián)?，銀的抗菌作用可能會干擾細菌的繁殖，而且陽極上的薄膜不夠密集。然而，事實證明，在與還原氧化石墨烯的復合形式下，銀對希瓦氏菌沒有危險。

發(fā)現(xiàn)細菌在rGO/Ag電極上的存活率為93%，這與rGO電極（92%）和無涂層電極（95%）的存活率相比很好。此外，掃描電子顯微鏡顯示，細菌在rGO/Ag電極上形成了更密集的薄膜。

帶有rGO/Ag的測試半電池中的電流密度比帶有rGO電極的半電池高7倍，比帶有無涂層電極的半電池高15倍。為了了解這一令人印象深刻的改進的原因，作者使用了透射掃描電子顯微鏡，還用能量色散X射線光譜法掃描了整個電極表面。

人們發(fā)現(xiàn)，一些銀已經(jīng)從電極上分離出來，并進入了細菌層。這種銀主要以納米顆粒的形式出現(xiàn)，平均大小約為5納米，靠近細菌膜，甚至在外膜和內(nèi)膜之間，在周質(zhì)空間。

論文作者提出，在燃料電池運行期間，帶正電的銀離子從陽極分離出來，并進入細菌層，在那里被還原成帶中性電的粒子。然后這些顆粒作為一種金屬觸點，促進電子從細菌轉(zhuǎn)移到陽極。

為了測試新的電極，黃和他的同事用兩個被質(zhì)子交換膜隔開的120毫升水箱制造了一個完整的微生物燃料電池。陰極由加鉑碳制成，并使用乳酸鹽溶液作為燃料。

在優(yōu)化后，rGO/Ag燃料電池顯示出每平方厘米3.85毫安的電流密度和每平方厘米0.6毫瓦的功率，這是微生物燃料電池的記錄。

在計算了消耗的乳酸的確切數(shù)量后，論文作者還計算了庫侖效率（到達陽極的電子與從乳酸中獲取的電子總量的比率），發(fā)現(xiàn)該值為81%。與傳統(tǒng)燃料電池相比，這不是很高，但也是微生物燃料電池的一個紀錄。

原標題：高性能電池即將誕生？微生物燃料電池性能創(chuàng)下新紀錄