Исследователи из Университета Рочестера добились значительного прогресса в этом направлении. В топливном элементе, который основан на бактериях, обнаруженных в сточных водах, Кара Брен, профессор химии, и Питер Ламберг, доктор наук, разработали электрод из обычного домашнего материала: бумаги.До сих пор большинство электродов, используемых в сточных водах, состояло из металла (который быстро корродирует) или углеродного войлока. Хотя последний является менее дорогой альтернативой, углеродный войлок пористый и склонен к засорению.
Их решение заключалось в замене углеродного фетра бумагой, покрытой углеродной пастой, которая представляет собой простую смесь графита и минерального масла. Электрод из углеродной пасты и бумаги не только экономичен и прост в изготовлении; он также превосходит углеродистый войлок.
«Бумажный электрод имеет более чем вдвое большую плотность тока, чем войлочная модель», — говорит Брен.Их результаты были опубликованы в ACS Energy Letters.Угольная паста является важным ингредиентом из-за ее роли в привлечении электронов, испускаемых бактериями. Конкретной бактерией, использованной в проекте Брена, была Shewanella oneidensis MR-1, которая потребляет токсичные ионы тяжелых металлов в сточных водах и выбрасывает электроны.
Эти электроны притягиваются к углеродному покрытию положительного электрода — анода. Оттуда они попадают на платиновый катод, которому нужны электроны для проведения собственных электрохимических реакций.При изготовлении электрода Брен и Ламберг создали слоистый сэндвич из бумаги, угольной пасты, проводящего полимера и пленки из бактерий.
Этот легко сконструированный электрод неожиданно имел среднюю выходную мощность цепи 2,24 А · м-2 (ампер на единицу площади) по сравнению с 0,94 А · м-2 с войлочным анодом.«Мы разработали электрод, который является простым, недорогим и более эффективным», — говорит Ламберг. «В результате его можно будет легко модифицировать для дальнейшего изучения и применения в будущем».