Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. РЭМ-изображения мезопористого TiO2 (a) и PANI/TiO2 (b).
Рисунок 2. РЭМ-изображения клеток E.coli на поверхности анода PANI/TiO2 (a, b, c – различные увеличения) и просто в растворе электролита (d).
Рисунок 3. Мощность бактериальной топливной ячейки с анодом из PANI/TiO2 (содержание PANI 30% по массе).

Новый анод для микробных топливных ячеек

Ключевые слова:  альтернативные источники тока, периодика, топливные элементы

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

05 марта 2008

Микробные топливные ячейки являются «зеленым» источником энергии. Зеленее некуда. В таких ячейках в качестве маленького биореактора используется целый микроорганизм, с высокой эффективностью перерабатывающий в электричество органические соединения, от вкусных углеводов до бесполезных отходов. Но не все так радужно: низкая мощность и недостаточная стабильность ограничивают практическое применение микробных элементов питания. А мощность микробной топливной ячейки зависит прежде всего от анода, который ассоциирован непосредственно с микроорганизмами.

Для хорошего анода очень важна площадь поверхности, на которой могли бы разместиться бактерии. Мезопористый TiO2 обладает огромной поверхностью, является биосовместимым, стабильным и экологически безопасным. К сожалению, низкая проводимость TiO2 не позволяет аноду выдавать высокую мощность. Положение можно исправить, модифицировав анод из мезопористого TiO2 полианилином (PANI), который характеризуется высокой проводимостью, стабильностью и простотой синтеза. Такой композитный анод PANI/TiO2 был создан учеными из Сингапура.

Экспериментальным путем было установлено, что лучшие показатели дает анод, содержание PANI в котором составляет 30% (по массе). На рисунке 1 видно, что такой материал, как и немодифицированный TiO2, содержит поры и обладает развитой поверхностью.

Бактерии на поверхности анода образуют сеть из особых выростов (пилей), чтобы эффективнее присоединяться к подложке и друг к другу (рисунок 2). Не исключено, что через пили осуществляется перенос и избыточных электронов – по крайней мере, пили некоторых металл-восстанавливающих бактерий обладают проводящими способностями. Для E.coli вопрос о роли пилей в передаче электронов в настоящий момент недостаточно изучен. Однако в случае, когда клетки кишечной палочки просто растили в растворе электролита, формирование пилей не наблюдалось.

Производительность композитного анода PANI/TiO2 изучали в электрохимической ячейке, состоящей из двух камер, разделенных протон-проводящей мембраной. Анод был погружен в 0,1 М фосфатный буфер, содержащий 55 мМ глюкозы, 5 мМ 2-гидрокси-1,4-нафтохинона и клетки E.coli (109 мл-1); электролит катода состоял из 0,1 М фосфатного буфера и 50 мМ [Fe(CN)6]3-. В течение первых 48 часов мощность ячейки возрастала (благодаря тому, что бактерии размножались), а затем выходила на плато и оставалась практически неизменной в течение 450 часов без дополнительного введения глюкозы или других питательных веществ. Через 500 часов после внесения клеток в электрохимическую ячейку мощность резко падала из-за истощения запасов глюкозы (рисунок 3).

Максимальная мощность такой ячейки составила 1495 мВатт/м2 (при этом плотность тока равна 3650 мА/м2, напряжение 410 мВ). Это в два раза превосходит мощность, которая достигалась в бактериальных топливных ячейках прежде, и это сильно вдохновляет исследователей.

Работа «Nanostructured Polyaniline/Titanium Dioxide Composite Anode for Microbial Fuel Cells» опубликована в ACS Nano.


Источник: ACS Publications




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Нитевидные наночастицы Ni
Нитевидные наночастицы Ni

Светодиодные технологии и оптоэлектроника: магистратура на стыке образования и индустрии
Открыт набор на первую в России индустриальную программу «Светодиодные технологии и оптоэлектроника» Университета ИТМО

Международная онлайн-дискуссия «Квант будущего»
Фонд Росконгресс, Госкорпорация «Росатом», Российский квантовый центр и научно-популярное издание N+1 завершают серию международных онлайн-дискуссий «Квант будущего», где лидеры индустрии и ведущие мировые ученые обсуждают, как квантовые технологии уже изменили наш мир, и с какими вызовами помогут справиться в будущем.
Заключительная дискуссия «Квантовая революция: профессии будущего и трансформация образования» состоится 8 июля в 17:00 по московскому времени.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Супергибридный материал для хранения водорода. Двумерная соль. Существование виртуальных мультиферроиков подтверждено. Чёрные бабочки. Служение науке и немного поэзии.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.