电活性生物膜

功率密度升83倍

通过合成生物学与材料工程协同改造，同时打通跨膜、电极界面与膜内三个导电瓶颈，实现工程化Shewanella生物膜迄今最高的输出功率。

Liu, Qijing · Qinran, Ding · Wenliang, Xu · Zhang, Yan · Zhang, Baocai · Yu, Huan · Chao, Li · Zhang, Junqi · You, Zixuan · Rui, Tang · Wu, Deguang · Chao, Zhao · 曹英秀 · 卢文玉 · 李风 · 宋浩

Nano Energy 2023

参数信息

功率密度

5233.7 ± 364.7 mW/m²

库仑效率

85.4 %

技术优势

功率密度跃升83倍

通过构建跨膜电子通道、增大阳极活性面积并原位形成导电网络，系统功率密度从野生型的62.2 mW/m²提高到5233.7 mW/m²。

库仑效率高达85.4%

电子传递效率的提高使得底物氧化产生的电子更多地被阳极收集，库仑效率达到85.4%，减少能量损失。

三大瓶颈同步解决

模块化改造策略同时针对跨膜传递、电极界面和生物膜内部导电性三个限制环节，而不是只解决单一问题。

应用场景

• 生物电化学系统：直接提升生物电化学系统的输出功率和电子回收效率，减少系统内阻。
• 微生物燃料电池：提供高功率生物阳极，替代传统低效阳极材料，提高产电性能。
• 工程菌株改造：展示了跨膜电子通道的异源表达方案，加速电活性菌株的定向改造。
• 导电材料：利用氮掺杂碳纳米管和聚多巴胺构建导电网络，改善生物膜与电极间电子传递。