کارایی پیل‌های سوختی میکروبی با نانوذرات افزایش یافت
پژوهشگران نشان دادند که با افزودن نانوذرات نقره می‌توان کارایی پیل‌های سوختی میکروبی را به میزان قابل توجهی افزایش داد.
گروهی از مهندسان و شیمی‌دانان دانشگاه کالیفرنیا به پیشرفت قابل توجهی در توسعه سلول‌های سوختی میکروبی دست یافتند. در این فناوری از باکتری‌های طبیعی برای استخراج الکترون از مواد آلی موجود در فاضلاب برای تولید جریان‌های الکتریکی استفاده می‌شود. یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که نانوذرات نقره کارایی سلول‌های سوختی مبتنی بر میکروب را افزایش می‌دهند. نتایج این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.
یو هوانگ، از گروه علوم و مهندسی مواد دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: «استفاده از سیستم‌های زنده بازیابی انرژی با استفاده از باکتری‌های موجود در فاضلاب، گامی به سوی توسعه فناوری‌های محافظت‌کننده از محیط‌زیست است. جمعیت طبیعی باکتری‌ها می‌توانند با تجزیه ترکیبات شیمیایی مضر، به جلوگیری از آلودگی آب‌های زیرزمینی کمک کنند. در حال حاضر، تحقیقات ما راهی عملی برای استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر از این فرایند را نشان می‌دهد.»
محققان، باکتری Shewanella را هدف قرار دادند که به‌دلیل قابلیت‌های تولید انرژی مورد بررسی گسترده قرار گرفته است. آن‌ها بدون توجه به سطح اکسیژن قادر به رشد و شکوفایی در انواع محیط‌ها مانند خاک، فاضلاب و آب دریا هستند.
گونه‌های Shewanella قادرند مواد زائد آلی را به‌طور طبیعی به مولکول‌های کوچک‌تر تجزیه کنند. الکترون‌ها به‌عنوان محصول فرعی این فرآیند متابولیکی بدست می‌آیند و هنگامی که باکتری‌ها روی الکترودها به‌صورت فیلم رشد می‌کنند، برخی از این الکترون‌های تولید شده می‌توانند به دام بی‌افتند. این فرآیند یک پیل سوختی میکروبی ایجاد کرده که الکتریسیته تولید می‌کند.
پیل‌های سوختی میکروبی پیشین که توسط Shewanella oneidensis تغذیه می‌شدند قادر به تولید جریان کافی از باکتری‌ها نبودند تا این فناوری را برای مصارف صنعتی مناسب سازد. تنها بخشی از الکترون‌ها که قادرند به اندازه کافی سریع حرکت کنند، از غشای باکتری خارج شده و وارد الکترودها می‌شوند تا جریان و نیروی الکتریکی کافی را ایجاد کنند.
برای غلبه بر این مشکل، محققان نانوذرات نقره را به الکترودهایی که از اکسید گرافن تشکیل شده‌اند اضافه کردند. یون‌های نقره آزاد شده توسط نانوذرات با استفاده از الکترون‌های تولید شده از فرایند متابولیک به نانوذرات نقره تبدیل و سپس در سلول‌های آن‌ها گنجانده می‌شوند. ذرات نقره پس از ورود به باکتری‌ها، به‌عنوان سیم‌های انتقال میکروسکوپی عمل می‌کنند و قادرند الکترون‌های بیشتری را که توسط باکتری تولید می‌شود، بگیرند.
شیانگ فنگ دوان از محققان این پروژه می‌گوید: «افزودن نانوذرات نقره به باکتری‌ها مانند ایجاد یک خط انتقال اختصاصی برای الکترون‌ها است که به ما امکان می‌دهد الکترون‌های بیشتری را با سرعت بیشتر استخراج کنیم.»
با افزایش کارایی حمل و نقل الکترون‌ها با نقره تزریق شده، بیش از ۸۰ درصد الکترون‌های متابولیکی از این سیستم خارج می‌شوند. بنابراین، این سیستم توان ۰٫۶۶ میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع تولید می‌کند که بیش از دو برابر بیشتر از پیل‌های سوختی پایه میکروبی قبلی است.