【澳门网上正规赌场平台】风行微型生物燃料电瓶成本低质量高

英国巴斯大学、伦敦大学玛丽女王学院和布里斯托尔机器人技术实验室的研究人员,共同开发出一种采用厨余垃圾中典型成分作为有效催化剂的新型微生物燃料电池,体积小,价格低,但性能却更强大。该研究成果发表在最新一期《电化学学报》上。

2月19日据报道,美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能,能量密度比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。相关论文已发表在《自然》杂志子刊《自然通讯》上。

“撒泡尿自己照照”常用来讽刺人没有自知之明,不过随着微生物燃料电池的飞速发展,这句话已经被赋予了新的含义:尿液产生的电能可以用来照明。

研究人员说:“微生物燃料电池有潜力从废物如尿液中产生可再生的生物能源。世界每天都在生产大量的尿液,如果我们能够利用微生物燃料电池的潜力,可以彻底改变发电方式。”

尽管以甲醇或氢驱动的低温燃料电池技术得到长足发展,但由于聚合材料缺乏有效的催化系统,低温燃料电池技术一直无法直接使用生物质作为燃料。新研究中,美国佐治亚理工学院的研究人员开发出的这种新型低温燃料电池,能够借助太阳能或热能激活一种催化剂,直接将多种生物质转化为电能。

我们日常生活中使用的电池(比如锂电池、镍镉电池、锌锰电池等)是通过化学反应将化学能转化为电能。而微生物燃料电池,简单的说是以附着于阳极的微生物作为催化剂,以降解有机物的方式将其中的化学能转化为电能。

微生物燃料电池是利用某些细菌将有机物转化为电能的装置。生产生物能源的其他方法包括厌氧消化、发酵和气化。微生物燃料电池具有很多优点,可在常温常压下工作,效率高,而且还比其他方法产生的废物少。

这种技术,在室温下就能对生物质进行处理,对原材料的要求极低,几乎适用于所有生物质,如淀粉、纤维素、木质素,甚至柳枝稷、锯末、藻类以及禽类加工的废料都能被用来发电。如果缺乏上述原料,水溶性生物质或悬浮在液体中的有机材料也没有问题。该设备既可以在偏远地区以家庭为单位小规模使用,也可以在生物质原料丰富的城市大规模使用。

作为一种替代能源,微生物燃料电池可以说是一举两得,既减少了对化石能源的依赖、又能有效的利用那些富含有机物的生活和工业废料。因此,多年来,科学家们尝试了各种各样的“燃料”来驱动微生物燃料电池,比如腐烂的水果、虾壳、造纸工业废水、农业和畜牧业的污水、市政污水、甚至尿液以及化粪池出水等。

然而,这种方法也存在一些限制。微生物燃料电池的制造成本相当昂贵,电池的阴极通常含有加快反应以产生电力的铂。而且,微生物燃料电池所产生的生物电力比其他方法要少。

生物质燃料电池的研究面临的难题是,具有碳—碳链的生物质不易通过常规的催化剂,哪怕是昂贵的贵重金属催化剂分解。为了解决这个问题,科学家研制出微生物燃料电池,利用微生物和酶来分解生物质。但这种方法的缺点是:微生物和酶只能选择性地分解某些特定类型的生物质,对原料的纯度要求较高。

微生物燃料电池也是水处理的重要研究方向,以有机污水作为燃料,在利用污水中有机质的化学能发电的同时,又可以达到净化污水的效果。随着电池输出功率密度的提高和电池成本的逐步降低,近年来已经有一些装置被开发出来并投入了现场试验。

据物理学家组织网近日报道,这种新的微生物燃料电池克服了传统微生物燃料电池的两个局限:成本高和低功率,体积更小,价格更便宜,性能更强大。其阴极材料用碳纤维布和钛丝制成,并不昂贵。为了加快反应速度,产生更多电能,研究人员使用由厨余垃圾中糖、卵白蛋白、蛋清蛋白等成分制成一种有效的催化剂。

负责此项研究的佐治亚理工学院化学与生物分子工程学教授邓玉林和他的团队通过引入外界能量来源来激活燃料电池的氧化还原反应。在新系统中,生物质原料被磨碎后与一种多金属氧酸盐催化物溶液相混合,之后被置于阳光或热辐射下。作为一种光化学和热化学催化剂,POM既是氧化剂也是电荷载体。在光辐射或热辐射下,POM会使生物质发生氧化,将生物质的电荷运送到燃料电池的阳极,而电子则会被输送到阴极,在阴极进行氧化反应,通过外电路产生电流。邓玉林表示,如果只是在室温中将生物质和催化剂混合,它们将不会发生反应。但一旦将其暴露在光或热中,反应就会马上开始。

西英格兰大学的生物能源研究小组在2015年进行了两项“尿能”发电的现场试验。第一个现场试验是在大学的校园里。科研人员制作了一个只有两个立式小便池的简易男厕所,小便池的下方放置了由8个电池模块串联组成的发电装置。

研究发现,优化后的电池设计使电极长度倍增,从4mm到8mm,而功率输出增加了10倍。通过堆叠三个小型微生物燃料电池,输出功率比单个电池提高10倍。

实验显示,这种燃料电池的运行时间长达20小时,这表明POM催化剂能够再利用而无需进一步的处理。研究人员报告称,这种燃料电池的最大能量密度可达每平方厘米0.72毫瓦,比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍,接近目前效能最高的微生物燃料电池。邓玉林认为,在对处理过程进行优化后应该还有5倍到10倍的提升空间,未来这种生物质燃料电池的性能甚至有望媲美甲醇燃料电池。

澳门网上正规赌场平台 1设置在西英格兰大学校内的尿液发电实验装置(2015年2月
– 5月)

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