L'équipe d'ingénieurs et de chimistes dirigée par l'AUCLA a fait un grand pas en avant dans le développement de piles à combustible microbiennes, une technologie qui utilise des bactéries naturelles pour extraire des électrons de la matière organique des eaux usées afin de générer des courants électriques. Une étude détaillant la percée a été récemment publiée dans Science .

"Les systèmes de récupération d'énergie vivante utilisant des bactéries trouvées dans les eaux usées offrent un double coup de poing pour les efforts de durabilité environnementale, " a déclaré l'auteur co-correspondant Yu Huang, professeur et président du département de science et d'ingénierie des matériaux à l'école d'ingénierie UCLASamueli. « Les populations naturelles de bactéries peuvent aider à décontaminer les eaux souterraines en décomposant les composés chimiques nocifs. Maintenant, notre recherche montre également un moyen pratique d'exploiter l'énergie renouvelable à partir de ce processus. »

L'équipe s'est concentrée sur le genre bactérien Shewanella , qui ont été largement étudiées pour leurs capacités de génération d'énergie. Ils peuvent pousser et prospérer dans tous les types d'environnements, y compris le sol, eaux usées et eau de mer, quels que soient les niveaux d'oxygène.

Shewanella les espèces décomposent naturellement les déchets organiques en molécules plus petites, avec les électrons étant un sous-produit du processus métabolique. Lorsque les bactéries se développent sous forme de films sur les électrodes, une partie des électrons peut être capturée, formant une pile à combustible microbienne qui produit de l'électricité.

Cependant, piles à combustible microbiennes alimentées par Shewanella oneidensis n'ont pas précédemment capturé suffisamment de courants de la bactérie pour rendre la technologie pratique pour une utilisation industrielle. Peu d'électrons pourraient se déplacer assez rapidement pour s'échapper des membranes des bactéries et pénétrer dans les électrodes pour fournir des courants électriques et une puissance suffisants.

Pour résoudre ce problème, Les chercheurs ont ajouté des nanoparticules d'argent à des électrodes composées d'un type d'oxyde de graphène. Les nanoparticules libèrent des ions d'argent, que les bactéries réduisent en nanoparticules d'argent à l'aide d'électrons générés par leur processus métabolique, puis incorporent dans leurs cellules. Une fois à l'intérieur de la bactérie, les particules d'argent agissent comme des fils de transmission microscopiques, capter plus d'électrons produits par les bactéries.

"Ajouter les nanoparticules d'argent dans la bactérie revient à créer une voie express dédiée pour les électrons, ce qui nous a permis d'extraire plus d'électrons et à des vitesses plus rapides, " a déclaré XiangfengDuan, l'autre auteur correspondant de l'étude et un professeur de chimie et de biochimie à l'UCLA.

Avec une efficacité de transport d'électrons grandement améliorée, le résultat infusé d'argent Shewanella le film envoie plus de 80% des électrons métaboliques au circuit externe, générant une puissance de 0,66 milliwatt par centimètre carré, soit plus du double de la meilleure des piles à combustible à base microbienne.

Avec l'augmentation du courant et l'amélioration de l'efficacité, l'étude, qui a été soutenu par le Bureau de la recherche navale, a montré que les piles à combustible alimentées par de l'argent Shewanella Les bactéries hybrides peuvent ouvrir la voie à une puissance de sortie suffisante dans des conditions pratiques.

BochengCao, un doctorant de l'UCLA conseillé par Huang et Duan, est le premier auteur de l'article. Les autres auteurs principaux de l'UCLA sont Gerard Wong, un professeur de bio-ingénierie; Paul Weiss, une chaire présidentielle de l'UC et professeur distingué de chimie et de biochimie, bio-ingénierie, et science et ingénierie des matériaux; et Chong Liu, professeur adjoint de chimie et de biochimie. Kenneth Nealson, professeur émérite de sciences de la terre à l'USC, est également un auteur principal.

Duane, Huang et Weiss sont tous membres du California NanoSystems Institute de l'UCLA.