流体下的发电机，来看看微生物燃料电池

材料牛注：流体发电，环境友好，无需外部电源——难道不是永动机吗？不不不，快来看看最新研发出来的3D纸片微生物燃料电池吧！

美国爱荷华州立大学研究小组的成员们，证实了三维纸片微生物燃料电池（MFC）能够利用毛细管作用，在不需要外部电源的情况下引导液体流经（MFC）系统。他们的报导在即将发表在最新的TECHNOLOGY杂志中。

这种3D纸片微生物燃料电池（MFC）系统是使沙雷菌MR-1（黄色）和铁氰化钾（白）一同流进腔室。将质子交换膜置于两腔室之间使得两种液体分离，同时允许在生物催化过程中释放带正离子通过，并阻止电解液从阳极流到阴极。

该微生物燃料电池系统能够连续工作五天，其由于在阳极形成生物膜而产生电流。该系统的功率1.3μW，在实验中52.25 μA的电流能产生功率密度大约为25 W/m³。这些结果表明，纸片微生物燃料电池能够在环境友好模式且在不利用任何外部电源的情况下产生能量。机械工程系副教授同时也是文章的第一作者Nastaran Hashemi 博士表示，此设备产生的所有动力都是便于利用的，这是因为使液体流经设备是不需要外部电力来运行的。这对设备的升级和应用扩展而言是至关重要的。此外，这篇论文的合著者有：Niloofar Hashemi, Joshua Lackore, Farrokh Sharifi, Payton Goodrich, 和 Megan Winchell.

在测试过程中，系统内发生了生物薄膜在碳布上形成的过程。这进一步表明了，目前所测量到的电流数据，是发生了生物化学反应的结果。这一结论十分重要，因为生物薄膜对于微生物燃料电池中电流的产生极其关键。提高生物薄膜的尺寸和厚度，能相应提高电流的产生效率。单个细菌细胞能在涉及许多酶催化反应的复杂过程中代谢出富电子物质。之后，电子通过多种传递方式之一自由移动到阳极。电子传递的方式相当复杂，但有证据表明，每种细菌中电子的传递方式都是独一无二的。对沙雷菌MR-1而言，目前已知的是其主要通过直接接触将电子从单个细菌细胞传递到阳极，以及分泌出可溶性氧化还原分子和纳米线的方法。在这其中，人们普遍认为，分泌出的可溶性氧化还原分子承担了分子外电子转移的主要责任，它差不多弥补了在电子从单个细菌细胞传递到电极过程中70%的电子转移。

此外实验还表明，沙雷菌MR-1与电极间的直接接触对于电子的产生没有什么影响，且支持了介质电子转移机制。生物薄膜有助于电极上的氧化还原分子的吸附，因此生物薄膜对于高功率微生物燃料电池很重要。目前，对于纸片微生物燃料电池在运行若干天中的发电量变化没有太多研究。若生物膜的形成没有足够的时间，那么已经报道的电流和功率数据将主要是和细胞外电子转移相关，这意味着这些数据并不是完全代表着微生物燃料电池的发电能力。此设备首次证明了微生物燃料电池长时间使用和独立运行的能力，这有助于拓宽微生物燃料电池的应用领域。

目前，爱荷华州立大学研究组正在探索，以选择出能够更好控制输出电压和稳定电流的方式。受控环境测试将有助于调节系统的输出，产生更稳定的结果。为获得最佳的可用性和降低成本，这个小组还要继续探索研究，以期在这种设备中不使用全氟磺酸和铁氰化钾。

参考原文链接：3-D paper-based microbial fuel cell operating under continuous flow condition

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