微生物膜湿气发电机:大面积器件制备及性能研究

作者：胡启昌; 仇英儒; 林秀钰; 任国平; 周顺桂^*

来源：中国科学 技术科学, 2023, 53(12): 2164-2174.

• 微生物膜
• 大面积
• 高电流
• 水伏
• 湿气发电

微生物膜湿气发电装置(b-HEG)具有工艺简单、成本低廉、可持续产电等优势,有望成为水伏技术发展的新方向.然而,目前的b-HEGs还存在器件面积小,功率输出低,且干燥条件下生物膜易发生皲裂,难以制备大面积器件等问题,这严重制约了b-HEG实际应用的进程.在此,本研究以希瓦氏菌(S.o)为基质材料,掺入乙炔黑(AB)和羧甲基纤维素钠(CMC)调控薄膜性能,并优化掺杂含量制备了适合湿气发电的大面积混合生物膜.基于该生物膜与钛网电极,首次构建了高性能的大面积b-HEG (>900 cm2),是目前已报道的最大面积水伏器件单元.该器件在湿度环境下,可持续输出2.3 m A的短路电流, 0.58 V的开路电压和0.34 mW的输出功率.同时,大面积b-HEG具备良好的机械性能,耐摩擦(反复摩擦无损),且器件的输出功率密度在器件面积放大后衰减较小,表明其具有较大的器件面积拓展空间.该装置可实现为电容充电或直接驱动小型电子产品,具有较好的商业应用潜力.更重要的是,本研究为规模化制备低成本大面积b-HEGs模块提供了重要指导,推进了水伏技术的实用化进程,对实现“双碳”战略目标具有重要意义.

• 单位
  福建农林大学; 机电工程学院