新型微生物電池利用污水高效發(fā)電

      鋰電世界    美國斯坦福大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)出一種從污水中“提取”潛在電能的新型方式，即使用自然界存在的“產(chǎn)電菌”設(shè)計(jì)的一種微生物電池，能夠在消化分解污水中動(dòng)植物廢物時(shí)，充當(dāng)小型的高效發(fā)電廠。該研究成果刊登在最新一期的《美國國家科學(xué)院院刊》上。

      研究人員估計(jì)，這種微生物電池可以提取約30%在廢水中的潛在能源，與市面銷售最好的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率大致相同。希望未來可將其用于污水處理廠，或者在湖泊、沿海水域的“死亡區(qū)”分解有機(jī)污染物，如消耗氧氣水平和令海洋生物窒息的化肥殘留和其他有機(jī)廢物。

      該大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)系柯瑞多教授介紹，“在實(shí)驗(yàn)室里，該微生物電池的原型如同D型電池般大小，帶有一正一負(fù)兩個(gè)電極。將其沒入一瓶陰暗的廢水之中，‘產(chǎn)電菌’附著在負(fù)電極猶如黏在船體上的藤壺，對水中有機(jī)廢物顆粒‘大快朵頤’，所發(fā)出的電子被電池正極捕獲。研究人員稱其在捕撈電子。”

      在過去的十幾年來，幾個(gè)研究小組嘗試了各種方式使用這種不尋常類型的細(xì)菌發(fā)電，但實(shí)驗(yàn)證明，其能源效率尚有待提高。而新型微生物電池設(shè)計(jì)成可使這些產(chǎn)電菌簡單工作，并且高效發(fā)電。

      通過電子顯微鏡可見，在電池的負(fù)極，“產(chǎn)電菌”將其乳白色卷須粘住碳絲，作為有效電導(dǎo)體。當(dāng)這些微生物攝取有機(jī)物后轉(zhuǎn)換成生物燃料，它們多余的電子流動(dòng)到碳絲和穿過正電極，而電極是由可吸引電子的材料氧化銀構(gòu)成。在正電極存儲(chǔ)多余電子的過程中，一天左右可滿荷電子，而流入正極節(jié)點(diǎn)的電子逐漸使氧化銀減少形成銀，最大程度上將其還原為銀，然后將銀從電池中取出，又可重新形成氧化銀循環(huán)使用。

      研究人員稱，微生物電池是值得努力開發(fā)的，因?yàn)樗梢詮浹a(bǔ)一些現(xiàn)在用于處理廢水的電力。而目前在發(fā)達(dá)國家廢水處理耗電占總用電負(fù)荷的3%左右。研究人員說，未來最大的挑戰(zhàn)將是找到一種廉價(jià)而高效的正極節(jié)點(diǎn)材料。現(xiàn)在所展示的是采用氧化銀的原理，但銀太貴不適合大規(guī)模應(yīng)用。雖然尋找更為實(shí)用的材料正在進(jìn)行中，但尋找替代者尚需一段時(shí)間。