钜大LARGE | 点击量：764次 | 2021年09月28日
宾夕法尼亚州立大学开发微生物燃料动力电池
美国宾夕法尼亚州立大学环境工程系教授BruceLogan的研究组正在尝试开发微生物燃料动力锂电池，可以把未经处理的污水转变成干净的水，同时发电。无论对发展我国家还是发达国家，这项一举两得的技术都相当诱人。更诱人的是，据美国国家自然科学基金会（NSF）网站消息，该项技术未来还可能实现海水淡化，成为一举三得的技术。
污水处理费时、费钱还消耗大量能量，基本是个只投入不产出的行业，也是让各国政府头疼的一大难题。有数据称，5%的电力消费被用于污水处理。根据美国国家发展委员会统计，美国每年要处理330亿加仑的生活污水，处理费用大约为250亿美元，其中大部分为能源成本。
因此，又能净化水质、又能发电的微生物燃料动力锂电池一旦出现，将有望把污水处理变成一个有利可图的产业。Logan认为，未来污水处理厂通过使用微生物燃料动力锂电池不仅可以满足自身用电，还能向外输电。
传统的燃料动力锂电池利用氢气发电，但Logan和他的研究小组首次尝试使用富含有机物的污水来发电。理论上说，直接将污水倒入燃料动力锂电池就可以发电同时净化污水。该电池系统的工作原理是：污水中的细菌以有机物为食，随之释放电子，电子在燃料动力锂电池的碳棒上集聚，在水中形成电流回路。一旦放电能力提高到一定程度，就可加以利用。
早在2005年，Logan的小组就宣布研制出微生物燃料动力锂电池。他们在实验室里出现了72瓦的电流，用以驱动一个小风扇。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
最近几年，实验室在NSF的资助下又获得一系列进展。例如，除了出现电流，给系统另外加上一点电压，还能出现氢气。氢气是一种环境友好的清洁能源，有多种工业用途。
另外，Logan还在试验往燃料动力锂电池中通入海水，这样不仅能够出现更多的电能，假如试验成功，该系统就可以同时出现能量、处理污水并淡化海水，可谓一箭三雕。
实际上，微生物燃料动力锂电池并不是一个新概念。早在1910年，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够出现电流，他用铂作为电极成功制造出了前列个微生物燃料动力锂电池；1984年，美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料动力锂电池，它的燃料为宇航员的尿液和活细菌，不过放电率极低。
除了Logan，世界上还有其他的研究组在开发微生物燃料动力锂电池，不过都没有走出实验室。
虽然目前还未有商业产品问世，但多伦多大学的科学家戴维·伯格雷曾估计污水中潜在的电能价值是其处理成本的10倍。Logan则认为，只要能利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本。不过他估计，微生物燃料动力锂电池实现工业应用还需5～10年。
在现阶段，Logan指出，突破工业应用的关键问题仍然是如何继续降低成本、提高电池性价比。
据悉，在早期的研究中，Logan小组使用了大量昂贵的材料，如昂贵的石墨电极、聚合物以及铂等贵金属。但其最新的电池系统已经使用了更便宜并且环境友好的材料。我们现在已经可以不用任何贵金属。Logan说。
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