New Hybrid Fuel Cell Made From E. c

New Hybrid Fuel Cell Made From E. coli, Gold, And Titanium
Escherichia coli (E. coli) is not something anyone wants to come into contact with; after all, this bacteria is responsible for fairly potent, sometimes dangerous, food poisoning. A team of researchers from Singapore have found a way to engineer E. coli to perform a very different role: It's now a catalyst for a new hybrid fuel cell that splits hydrogen from water with remarkable efficiency. Its curious workings are detailed in a study published in the journal NPJ Biofilms and Microbiomes.

Photoelectrochemical (PEC) cells harness solar energy to send an electrical current through a sample of water. This current reacts with the water molecules and causes a chemical “split,” producing several hydrogen molecules and groups of oxygen-hydrogen ions. The circuit’s negatively charged electrode attracts the positively charged hydrogen towards it, removing it from the water. This process is called electrolysis, and sometimes is referred to as artificial photosynthesis.

If this hydrogen can be stored, it can be ignited and burned at a future date in order to produce energy. Thus, PEC cells represent the key component of hydrogen fuel cells. Unfortunately, PEC cells tend to consume more energy generating the hydrogen gas than is released by burning it.

A microbial fuel cell (MFC) is somewhat similar, but instead of using solar power, the electrical current is generated using the electricity produced by a bacteria. The MFC is divided between an oxygen-depleted (anoxic) and oxygen-rich (oxic) region. A fuel – in this instance a chemical substrate that the bacteria would naturally use in order to produce energy – is mixed with a specific bacteria in the anoxic section.

As the bacteria uses it up, carbon dioxide is emitted, along with free electrons and protons. The protons pass through a membrane to one side of the cell, and the electrons are attracted towards the oppositely charged electrode on the other side of the cell. This difference in charge sets up a voltage, which produces a current within an electrical circuit. When the electrodes encounter the protons in the oxic side of the cell, water is produced.
This team of researchers, from Nanyang Technological University in Singapore, realized that a PEC cell and a MFC could be used in conjunction with each other. First off, slightly modified versions of their own PEC cells and MFCs were created. A custom gold-titanium oxide electrode system was used for the PEC cell, increasing its ability to conduct electricity.

E. coli was chosen to be the MFC’s bacteria, and their membranes were injected with conjugated oligoelectrolytes (COEs), a class of compounds that improve the ability of the bacteria to transfer electrical charge. Within the MFC, COEs essentially carry charge away from the bacteria and towards the appropriate electrodes more efficiently than unmodified bacteria are able to.

The MFC is allowed to operate as it normally does, but this charge is transferred to the PEC cell, where it supplements the current already being produced by incoming solar energy. All things considered, the enhanced current generated by this PEC-MFC hybrid is reported to be 70 times greater than that of a PEC operating on its own.

This powerful current is able to electrolyze the water in the PEC extremely efficiently, creating far more hydrogen than any previous PEC of a comparable size. Although this hybrid is not yet ready to be made commercially available, it’s certainly a novel stepping stone in the right direction.

Kết quả (Việt) 2:

New lai Fuel Cell Made Từ E. coli, Gold, Và Titanium
Escherichia coli (E. coli) không phải là điều bất cứ ai muốn tiếp xúc với; sau khi tất cả, vi khuẩn này có trách nhiệm khá mạnh, đôi khi nguy hiểm, ngộ độc thực phẩm. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Singapore đã tìm thấy một cách để xây dựng E. coli để thực hiện một vai trò rất khác nhau: Nó bây giờ là một chất xúc tác cho một tế bào nhiên liệu hybrid mới để tách hydro từ nước với hiệu quả đáng ghi nhận. Hoạt tò mò của nó là chi tiết trong một nghiên cứu công bố trên tạp chí NPJ màng sinh học và Microbiomes. Tế bào điện hóa (PEC) khai thác năng lượng mặt trời để gửi một dòng điện truyền qua một mẫu nước. Điều này hiện nay phản ứng với các phân tử nước và gây ra một chất hóa học "chia", sản xuất một số phân tử và các nhóm của các ion oxy-hydro hydro. Điện âm điện của mạch thu hút hydro tích điện dương về phía nó, loại bỏ nó ra khỏi nước. Quá trình này được gọi là điện phân, và đôi khi được gọi là sự quang hợp nhân tạo. Nếu hydrogen này có thể được lưu trữ, nó có thể được đốt cháy và bị đốt cháy tại một ngày trong tương lai để sản xuất năng lượng. Do đó, các tế bào PEC đại diện cho các thành phần quan trọng của tế bào nhiên liệu hydro. Thật không may, các tế bào PEC có xu hướng tiêu thụ nhiều năng lượng tạo ra khí hydro hơn được phát hành bằng cách đốt nó. Một tế bào nhiên liệu vi khuẩn (MFC) có phần tương tự, nhưng thay vì sử dụng năng lượng mặt trời, dòng điện được tạo ra bằng cách sử dụng điện được sản xuất bởi một loại vi khuẩn . Các MFC được chia giữa một (trong môi trường khí) khu vực oxy cạn kiệt (anoxic) và giàu oxy. Một nhiên liệu - trong trường hợp này là một chất nền hóa học mà những vi khuẩn tự nhiên sẽ sử dụng để sản xuất năng lượng - là hỗn hợp với một vi khuẩn cụ thể trong phần thiếu ôxy. Khi các vi khuẩn sử dụng nó lên, carbon dioxide được phát ra, cùng với electron và proton . Các proton đi qua một màng về một bên của tế bào, và các điện tử được thu hút đối với các điện cực tích điện trái dấu ở phía bên kia của tế bào. Sự khác biệt phụ trách điều này đặt ra một điện áp, trong đó sản xuất một dòng điện trong một mạch điện. Khi các điện cực gặp phải các proton ở phía trong môi trường khí của các tế bào, nước được sản xuất. Đội bóng này của các nhà nghiên cứu, từ Đại học Công nghệ Nanyang ở Singapore, nhận ra rằng một tế bào PEC và MFC có thể được sử dụng kết hợp với nhau. Trước hết, chỉnh sửa các tế bào PEC của riêng mình và MFCs được tạo ra. Một hệ thống điện cực oxit tùy chỉnh vàng titan được sử dụng cho các tế bào PEC, tăng khả năng dẫn điện. E. coli đã được chọn là vi khuẩn của MFC, và màng của họ được tiêm oligoelectrolytes liên hợp (COEs), một lớp học của các hợp chất đó cải thiện khả năng của các vi khuẩn để chuyển điện tích. Trong MFC, COEs cơ bản thực hiện trách khỏi vi khuẩn và hướng tới các điện cực thích hợp hiệu quả hơn so với vi khuẩn chưa sửa đổi có thể. Các MFC được phép hoạt động như bình thường, nhưng phí này được chuyển giao cho các tế bào PEC, nơi mà nó bổ sung hiện nay đã được sản xuất bằng năng lượng mặt trời đến. Tất cả những việc xem xét, nâng cao hiện nay được tạo ra bằng cách này PEC-MFC lai được báo cáo là cao hơn so với một PEC hoạt động trên riêng của mình 70 lần. Hiện mạnh mẽ này có thể electrolyze nước trong PEC cực kỳ hiệu quả, tạo ra hydrogen xa hơn hơn bất kỳ PEC trước của một kích thước tương đương. Mặc dù hybrid này vẫn chưa sẵn sàng để được thực hiện thương mại, nó chắc chắn là một cuốn tiểu thuyết bước đá đúng hướng.