Главной задачей в проектировании MFC было найти анодный материал высокого разрешения. Материал должен быть достаточно пористым для того, чтоб удержать колонии бактерий, механически надежным и электропроводным для облегчения переноса электрона между пленками микробов и поверхностью анода.
MFC уже созданы в виде пилотных установок и являются электрохимическими устройствами, которыми управляют бактерии, способные очищать сточные воды, которые содержат органические вещества. Микробы применяют органические соединения в качестве топлива для генерирования энергии посредством извлечения электрической энергии из контролируемых химических реакций. Изучение показывает процедуру подготовки материалов для построения клеток, которые превосходят коммерчески доступные.
Топливные элементы, такие как на основе мембран из полимерного электролита - широко изучены и популяризованы для использования в автомобилях - в основе процесса лежит окисление водорода на аноде. Затем электроны создают электрический ток и двигаются через внешнюю цепь в сторону катода, где они восстанавливают окислитель - обычно это кислород.
MFC работают по такому же принципу, за исключением того, что биомасса или органические соединения являются топливом.
Основное свойство экзоэлектрогенов является их способность к переносу электронов через плазму их мембраны с помощью биологических нанопроводов к аноду.
Исследователи провели эксперименты с различными типами пористых углеродных тканей, бумаг и других материалов и выявили, что поры в анодах, сделанные из этих материалов быстро забиваются из-за быстрого роста микробов. Рост, в свою очередь, препятствует дальнейшему росту колонии и тем самым ограничивает производительность топливных элементов.
Для решения решения этой проблемы, ученые из Стэнфорда приготовили высокопористый, электропроводящий, биосовместимый материал путем тщательного смешивания углеродных нанотрубок с текстильной продукцией, сделанной из случайно переплетенных полиэфирных волокон диаметром 20 мкм.
В итоге, эксперименты показали, что MFC, оборудованные анодами из композитного текстильного материала, превосходят аналогичные, сделанные из коммерческих анодов на основе сплетенной углеродной ткани, которые, из-за их относительно маленьких пор, поддерживают рост биопленки только на внешних поверхностях анода. Выявлено, новые MFC генерируют максимальный ток на 157% выше и максимальную мощность на 68% выше, чем традиционные MFC.
Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber
