从可再生能源发电将很快变得如同将刷子和管子放入一桶废水中一样容易。
由宾夕法尼亚州立大学研究人员开发的碳纤维，瓶刷阳极将为细菌提供足够的表面定植，这是第一次使用微生物燃料电池进行大规模发电。此外，改编自现有废水处理设备的膜管空气阴极将完成该回路。
“碳纤维刷是导电的，生产成本非常低廉，并为细菌生物膜附着提供大的表面积，”Kappe环境工程教授Bruce E. Logan说。
“这些阳极可以由任何现有的刷子制造商制造，任何尺寸或形状都可以。”
微生物燃料电池通过细菌的作用起作用，细菌可以将电子传递到燃料电池的阳极。电子从阳极通过导线流到阴极，产生电流。在此过程中，细菌消耗废水中的有机物并清洁水。宾夕法尼亚州立方法使用废水中天然存在的细菌，不需要特殊的细菌菌株或不寻常的环境要求。
此前，Logan和他的团队表明，使用碳纤维纸作为阳极的小型矩形燃料电池和使用铂催化剂作为阴极的碳纤维纸可以从废水中产生电力和清洁水。然而，碳纤维纸电池的商业规模扩大是不实际的。
使用刷式阳极，其表面积比以前使用的碳纸阳极多300至1,500倍，燃料电池产生的能量是两年前燃料电池产生的两倍多。研究人员在3月21日的环境科学与技术网络版上报告说，使用碳纤维阴极每使用260加仑水，使用直径约1英寸，长1英寸的小刷子生产相当于2.4瓦的燃料电池。
“阳极不再是这些电池发电的限制因素，”Logan说。
其他碳阳极是有问题的，因为孔隙或空间被生物膜堵塞并且效率降低，但是因为刷子包含非常细的纤维并且周围有足够的循环空间，所以死菌不会堵塞刷子。
随着阳极不再限制放大或细菌生长，研究人员转向阴极。“我们需要一种能够产生更多表面积的新型阴极，”Logan说，“许多系统使用铂催化剂，但铂金太贵了。
虽然刷阳极可以浸没在废水中，但阴极必须使一侧暴露于空气中的氧气才能工作。研究人员研究了目前用于废水处理应用的膜管，以寻求答案。这些膜管可商购，具有多达6至8英尺高的各种尺寸，不导电。
“我们用导电石墨涂料涂上管子并加入钴基催化剂，”洛根说。
涂漆的管确实可以产生功率，但不如掺杂铂的碳纸那么多。
“我们用这些管子展示了概念验证，但现在我们必须提高效率并降低成本，”Logan说。
研究人员测试了两种阴极配置，一种是在管外部使用催化剂，另一种是在管内部使用催化剂。
在最好的测试案例中，研究人员使用碳纤维刷阳极和两个直径约0.6英寸的管状阴极，内部掺有钴催化剂，燃料电池每260加仑水产生18瓦，并达到充电效率超过70%。
新配置的阳极和阴极还允许燃料电池的各种配置。“利用这些新的阳极和阴极，废水处理反应堆的设计可以像一个大型水箱一样简单，刷子和管状阴极插入同一个水箱，”洛根说。
微生物燃料电池的另一个好处是，它在发电时会清理废水，这通常需要消耗能量。
在阳极研究方面，Logan，研究员Shaoan Cheng和研究生，土木与环境工程师Valerie Watson以及最近毕业于化学工程的Garett Estadt。Logan致力于阴极研究; 程; 和易佐和Doug Call，研究生，土木和环境工程。