20.09.2021 - University of California - Los Angeles (UCLA)

Gran avance en el desarrollo de las pilas de combustible microbianas

Los investigadores infunden plata a las bacterias para mejorar la eficiencia energética de las pilas de combustible

Un equipo de ingenieros y químicos de la UCLA ha dado un gran paso adelante en el desarrollo de pilas de combustible microbianas, una tecnología que utiliza bacterias naturales para extraer electrones de la materia orgánica de las aguas residuales y generar corriente eléctrica.Un estudio que detalla el avance se ha publicado recientemente en Science.

"Los sistemas vivos de recuperación de energía que emplean bacterias presentes en las aguas residuales son un buen aliado para la sostenibilidad medioambiental", afirma Yu Huang, coautor del estudio y profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA. "Las poblaciones naturales de bacterias pueden ayudar a descontaminar las aguas subterráneas al descomponer los compuestos químicos nocivos. Ahora, nuestra investigación también muestra una forma práctica de aprovechar la energía renovable de este proceso."

El equipo se centró en las bacterias del géneroShewanella, que han sido ampliamente estudiadas por su capacidad de generación de energía. Pueden crecer y prosperar en todo tipo de entornos -incluidos el suelo, las aguas residuales y el agua de mar- independientemente de los niveles de oxígeno.

Las especies deShewanella descomponen de forma natural la materia orgánica de desecho en moléculas más pequeñas, siendo los electrones un subproducto del proceso metabólico.Cuando las bacterias crecen en forma de películas sobre electrodos, algunos de los electrones pueden ser capturados, formando una pila de combustible microbiana que produce electricidad.

Sin embargo, las pilas de combustible microbianas alimentadas porShewanella oneidensis no han captado hasta ahora suficientes corrientes de las bacterias para que la tecnología sea práctica para el uso industrial. Pocos electrones podían moverse con la suficiente rapidez para escapar de las membranas de la bacteria y entrar en los electrodos para proporcionar suficiente corriente eléctrica y potencia.

Para solucionar este problema, los investigadores añadieron nanopartículas de plata a unos electrodos compuestos por un tipo de óxido de grafeno. Las nanopartículas liberan iones de plata, que las bacterias reducen a nanopartículas de plata mediante los electrones generados en su proceso metabólico y luego incorporan a sus células. Una vez dentro de las bacterias, las partículas de plata actúan como cables de transmisión microscópicos, capturando más electrones producidos por las bacterias.

"Añadir las nanopartículas de plata a las bacterias es como crear un carril expreso para los electrones, lo que nos permitió extraer más electrones y a mayor velocidad", dijo Xiangfeng Duan, el otro autor del estudio y profesor de química y bioquímica de la UCLA.

Con una eficiencia de transporte de electrones muy mejorada, la película de Shewanella resultante, infundida con plata, envía más del 80% de los electrones metabólicos al circuito externo, generando una potencia de 0,66 miliwatios por centímetro cuadrado, más del doble de la mejor anterior para las pilas de combustible de origen microbiano.

Con el aumento de la corriente y la mejora de la eficiencia, el estudio, que contó con el apoyo de la Oficina de Investigación Naval, demostró que las pilas de combustible alimentadas por bacterias híbridas de plata y Shewanella pueden allanar el camino hacia una potencia suficiente en entornos prácticos.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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