早在一個多世紀前,科學家們就提出了利用細菌產生的電流製造微生物燃料電池的概念。可是卻因為技術的缺乏一直未能付諸實踐。現今,微生物燃料電池技術相較於過去已成熟許多。不過在這項技術的高成本和低效率是在大面積推廣之前所需要解決的兩個問題。
羅徹斯特大學的研究學者們近日在這兩個方面有重大的突破。化學系教授Kara Bren和博士後Peter Lamberg在對於依賴於廢水中細菌的燃料電池的研究中,利用家用材料:紙,製造出電極。
時至今日,大部分建立在廢水中的微生物燃料電池所使用的電極材質是碳氈或易腐蝕的金屬。兩者中,碳氈雖然成本更低,但是它多孔、易堵塞的特徵不利於電池的運作。
他們所想到的解決方案就是利用沾有碳糊的紙取代碳氈。碳糊由石墨和礦物質油混合而成。這種方案不僅節省成本、容易準備,而且效果比碳氈要更好。「紙做的電極的密度是原來氈狀模型的兩倍。」Bren說。
碳糊是電極中不可缺少的原料。它可以吸引細菌釋放的電子。Bren的項目中所選用的Shewanella oneidensis MR-1細菌可以吸收廢水中的有毒重金屬離子,從而釋放出電子。這些電子吸附到陽極的碳衣上。從那裡,他們流動到需要電子來進行自身電化學反應的陰極。
在製作電極的過程中,Bren和Lamberg製作了一個由紙,碳糊,導電聚合物和細菌膜組成的層狀夾層。這個簡易的電極居然具有2.24 A m-2(每單位面積的安培)的電路平均輸出,相比於氈狀陽極的0.94 A m-2更加有效率。
「我們製造出了一個簡單,低成本卻更高效的電極,這對於以後進一步的研究和實踐也有很大的幫助。」Lamberg談到最新的發明,這樣說。