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據(jù)媒體消息，美國科學(xué)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(fù)合材料，取得了創(chuàng)紀(jì)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(xì)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(xué)鍵的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。一層細(xì)菌膜被涂在電池的陽極上，細(xì)菌氧化電解液的成分，并將獲得的電子轉(zhuǎn)移到電極上。細(xì)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(wù)：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(xì)菌轉(zhuǎn)移到陽極時損失的。

由加州大學(xué)的黃玉（音譯）（Yu Huang）領(lǐng)導(dǎo)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(xì)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(rèn)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(fù)合材料?？茖W(xué)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(xì)菌轉(zhuǎn)移到陽極。然后將電極放在含有細(xì)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(xì)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(fù)合形式下，銀對希瓦氏菌沒有危險。

發(fā)現(xiàn)細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(jì)錄。

原標(biāo)題：高性能電池即將誕生？微生物燃料電池性能創(chuàng)下新紀(jì)錄