用紙做成的燃料電池,還能更環保!

發佈日期: 2016 年 07 月 13 日 10:35 | 作者: | 分類: 產業資訊

微生物燃料電池(MFC)是一種運用自然界細菌及仿真細菌為催化劑,將化學能轉為電能的裝置,主要由陽極、陰極以及相隔兩者的質子交換膜(PEM)組成。在陽極的微生物會吃下電解液中的生物基質,釋放出電子和質子,電子經由外部電路到達陰極,而質子則通過質子交換膜抵達陰極,根本就是真實世界的皮卡丘!

但為了確保微生物不會因為挨餓而罷工,必須不斷以幫浦輸送新食物,近幾年科學家都得靠著外部電源持續供應食物,確保電池正常運作,但這樣一加一減,等於抵銷原本電池的意義。

不過靠著細菌發電的日子可能即將成真,美國愛荷華州立大學(Iowa State University)的研究人員首次開發出不需要外部電力的3D 微生物燃料電池(MFC),而且還是用紙製造!這種3D 微生物燃料電池雖然還在原型階段,但已為電池指出一條新道路。

立體結構的MFC 裝置,以毛細管作用,讓培養品中的微生物從黃色紙張,而電解質鐵氫化鉀從白色紙張流向彼此。圖片來源:World Scientific Publishing

愛荷華州立大學團隊打造的紙質MFC 原型,以毛細現象取代幫浦引導液體流動,把食物「鐵氰化鉀(potassium ferricyanide)」供應給微生物「Shewanella Oneidensis MR-1」。

研究團隊在紙張刻上細微的管道,不需要任何電力,就能引導細菌和鐵氰化鉀自動沿著細小管道,從培養皿一路流向彼此,當雙方在裝置中間的腔室碰面時,細菌就會分解鐵氰化鉀,釋放電子,而位在兩張紙(通道)中間的質子交換膜,則負責控制電子的流動。

實驗結果顯示,這套52.5 微升的設備在沒有外力介入下,連續五天產生最大1.3 μW(微瓦) 的電力以及52.25 μA(微安) 的電流,換言之,這種微生物燃料電池可供應25W/m3 的電能,雖然目前效率不高,還不能為手機或電腦充電,但已是微生物燃料電池環境友善的一大步。

研究團隊將繼續研究如何透過流速和溫度的調整增加發電量,也會想辦法讓設備進一步縮小且穩定化,希望未來可裝在電子產品上,但現階段已可能應用在汙水處理廠,以汙水中的有機質為燃料,透過微生物燃料電池進行發電。

參考資料:

(本文由PanX 授權刊登)

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