МФЦ на бумажной основе работает в течение пяти дней и показывает образование тока в результате образования биопленки на аноде. Система вырабатывает мощность 1,3 мкВт и ток 52,25 мкА, что дает плотность мощности примерно 25 Вт / м3 для этого эксперимента.
Эти результаты показывают, что микробные топливные элементы на бумажной основе могут создавать энергию в экологически безопасном режиме без использования какой-либо внешней энергии. «Вся энергия, создаваемая в этом устройстве, пригодна для использования, потому что для пропускания жидкостей через устройство не требуется электричество. Это имеет решающее значение для развития этих устройств и расширения их применения». говорит Настаран Хашеми, доктор философии, доцент кафедры машиностроения и старший автор статьи.Образование биопленки на углеродной ткани во время испытания является дополнительным доказательством того, что измеренный ток был результатом происходящей биохимической реакции.
Это важно, потому что биопленка играет жизненно важную роль в современном производстве микробных топливных элементов. Увеличение размера и толщины биопленки в конечном итоге приводит к увеличению текущего производства. Отдельные бактериальные клетки метаболизируют богатые электронами вещества в сложном процессе, включающем множество реакций, катализируемых ферментами. Затем электроны могут свободно перемещаться к аноду одним из многих способов электронного транспорта.
Электронный транспорт очень сложен, и данные свидетельствуют о том, что он уникален для каждого типа бактерий. Для Shewanella Oneidensis MR-1 наиболее широко известны способы перемещения электронов от отдельных бактериальных клеток к аноду посредством прямого контакта, выделения растворимых окислительно-восстановительных молекул и биологических нанопроволок. Среди них широко распространено мнение, что выделяемые растворимые окислительно-восстановительные молекулы, служащие переносчиками внеклеточных электронов, составляют до 70% механизмов переноса электронов от отдельных бактериальных клеток к электроду. Более того, показано, что прямой контакт между индивидуумом S. Oneidensis MR-1 и электродом мало влияет на генерацию тока, поддерживая опосредованный механизм переноса электронов.
Биопленка помогает адсорбировать окислительно-восстановительные молекулы на электроде, что делает важным наличие микробных топливных элементов с высокой плотностью мощности. Не так много исследований по выработке энергии из бумажных микробных топливных элементов, работающих в течение нескольких дней. Без достаточного времени для образования биопленки представленные данные о токе и мощности будут преимущественно связаны с внеклеточным переносом электронов, что не полностью отражает способность микробных топливных элементов к производству электроэнергии. Это устройство впервые демонстрирует более длительную продолжительность использования и способность работать индивидуально, разработка, которая может помочь увеличить количество ситуаций, в которых могут применяться микробные топливные элементы.
Команда Университета штата Айова в настоящее время изучает возможности лучшего управления выходным напряжением и создания постоянного тока. Тесты в контролируемой среде помогут в регулировании производительности системы и дадут более стабильные результаты. Для оптимального удобства использования и снижения стоимости команда также хотела бы изучить устройство, для которого не нужно использовать нафион и феррицианид калия при его применении.
Дополнительными соавторами статьи являются Нилофар Хашеми, Джошуа Лакор, Фаррох Шарифи, Пэйтон Гудрич и Меган Винчелл.