Des Chercheurs infusent des Bactéries avec de l’argent pour augmenter l’efficacité énergétique des Piles à Combustible
Une équipe d’ingénieurs et de chimistes dirigée par l’UCLA a fait des progrès significatifs dans l’avancement des piles à combustible microbiennes, une technologie moderne qui utilise des bactéries naturelles pour extraire des électrons de la matière organique des eaux usées afin de produire du courant électrique. La recherche détaillant l’innovation vient tout juste d’être publiée dans Recherche scientifique.
“Les systèmes de récupération d’énergie vivante utilisant des microorganismes découverts dans les eaux usées offrent un double coup de poing pour les efforts de durabilité environnementale”, a déclaré l’auteur co-correspondant Yu Huang, enseignant et également président du département de recherche scientifique et d’ingénierie sur les matériaux à l’UCLA Samueli College. De l’Ingénierie. « Les populations de bactéries entièrement naturelles peuvent aider à décontaminer les eaux souterraines en décomposant des composés chimiques dangereux. Maintenant, notre étude de recherche montre également une méthode pratique pour exploiter l’énergie renouvelable à partir de ce processus.
L’équipe s’est concentrée sur les microorganismes du genre Shewanella, qui ont été largement étudiés pour leurs capacités de génération d’énergie. Malgré les degrés d’oxygène, ils peuvent se développer et prospérer dans toutes sortes de milieux, y compris la saleté, les eaux usées et l’eau salée.
Les types Shewanella décomposent naturellement les excréments naturels en molécules plus petites, les électrons résultant du processus métabolique. Lorsque les bactéries se développent sous forme de films sur les électrodes, quelques électrons peuvent être enregistrés, formant une pile à combustible microbienne qui crée de l’électricité.
Néanmoins, les piles à combustible microbiennes alimentées par Shewanella oneidensis n’ont pas capturé suffisamment de courants provenant des microorganismes pour rendre la technologie sensible à une utilisation industrielle. Quelques électrons peuvent se déplacer assez rapidement pour éloigner les membranes des microorganismes et entrer dans les électrodes pour fournir des courants électriques et une puissance adéquate.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont inclus des nanoparticules d’argent dans des électrodes composées d’un type d’oxyde de graphène. Les nanoparticules lancent des ions d’argent, que les bactéries abaissent en nanoparticules d’argent en utilisant les électrons générés par leur processus métabolique et les incluent ensuite directement dans leurs cellules. À l’intérieur de la bactérie, les fragments d’argent agissent comme de minuscules câbles de transmission, capturant encore plus d’électrons créés par la bactérie.
“Ajouter les nanoparticules d’argent directement dans les microorganismes, c’est comme produire une voie express dédiée aux électrons, ce qui nous a permis d’extraire encore plus d’électrons et à des vitesses plus rapides”, a déclaré Xiangfeng Duan, l’autre écrivain équivalent de la recherche et professeur de chimie et de biochimie. à l’UCLA.
Avec des performances de transport d’électrons considérablement améliorées, le film Shewanella infusé d’argent qui en résulte produit plus de 80% des électrons métaboliques vers un circuit externe, créant une puissance de 0,66 milliwatt par centimètre carré, soit plus du double de la meilleure précédente pour le carburant à base microbienne. Cellules.
Avec l’augmentation de l’efficacité existante et meilleure, l’étude de recherche, soutenue par l’étude sur le lieu de travail de la marine, a montré que les piles à combustible alimentées par des microorganismes croisés argent-Shewanella peuvent ouvrir la voie à des résultats de puissance acceptables dans les configurations expérimentales.
Référence: Silver nanoparticles boost charge extraction efficiency in Shewanella microbial fuel cells, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abf3427
