想象一下，你站在一个新边界的边缘，废物——我们经常认为是一个问题——变成了解决方案。我们生活的世界需要创新，环境挑战需要可持续的方法，我们需要不仅清洁而且能为我们的未来提供动力的技术。

从污染到电力将废水处理和发电与电容式MFC创新相结合

这就是微生物燃料电池(MFC)的作用所在。现在，在《化学工程杂志》上发表的一项新研究中，我们进一步探索了电容式MFC。

MFC是一种利用微生物代谢活动发电的生物电化学系统。这些微生物(通常是废水中的细菌)为我们工作——将我们所谓的废物转化为电能。

在我们的研究中，我们通过采用突破性材料将MFC提升到了一个新的水平：球形电容式NiO-N-CNF/ACB电极。这些电极有什么特别之处?让我们深入了解一下。

首先是结果。当我们将这些电容电极引入我们的MFC系统时，结果令人震惊。我们实现了0.8V的开路电位(OCP)和每立方米2,900mW的功率密度。

这些数字听起来可能很技术性，但让我们将其放在上下文中：它们代表高效的电子转移，从而转化为有效的废物发电。

但是什么让这些电极如此强大呢?这是独特功能的结合。NiO-N-CNF/ACB电极与废水的相互作用非常好。它们不仅促进了电活性细菌厚生物膜的生长，还加速了氧还原反应——这是MFC中的关键过程之一。

这种生物膜是关键。这些细菌本质上是我们身体系统的动力源，生物膜越厚，我们能捕获的电子就越​​多。可以把它想象成在电路中堆积越来越多的电池。我们发现，这不仅有利于发电，也有利于净化废水。

使用这些电极后，化学需氧量(COD)减少了74%，这是衡量废水中有机物含量的关键指标。从本质上讲，我们清除了近四分之三的污染物。

通常，在污水处理厂(ETP)中，处理废水需要消耗大量能源。然而，通过将电容式MFC集成到ETP中，我们可以降低功耗，使该过程更加经济。这不仅对于发电很重要，而且对于解决与废水处理相关的环境问题也很重要。

工作中的电容式MFC，可同时发电和处理废水图片来源：ManishChauhan

让我们来谈谈材料本身。这些电极不是普通材料。我们使用一种称为悬浮聚合的工艺合成了NiO-N-CNF/ACB电极。

这样做的目的是创建一个电容式固定填料床电极，该电极专门设计用于增强MFC的关键特性。这些电极的大表面积为细菌提供了更多的催化位点。

这就是神奇的事情发生的地方——产电细菌在电极上形成电化学双层，这就是我们能够增强发电量的方式。

将氧化镍(NiO)融入此结构中起着关键作用。NiO与石墨碳纳米纤维(CNF)配合使用，可促进废水到阳极的有效电子转移。

结果如何?协同效应促进了发电。这些材料具有生物相容性，这意味着它们可以与废水中的天然细菌群落很好地协同作用，并且它们形成三维结构，使电子传递更加高效。

那么，为什么这很重要呢?因为电子传输效率越高，我们就能产生越多的电力。就这么简单。但这不仅仅关乎功率密度，2900mW/立方米的功率密度已经足够令人印象深刻了。这也关乎存储。

这些NiO-N-CNF/ACB电极的比电容为每克754法拉。这就像是说我们可以在极少量的材料中存储大量电荷。当我们谈论电荷存储时，我们指的是每克255库仑的容量。

让我们暂时转到环境​​影响。MFC最引人注目的方面之一是它们不仅仅是发电。它们可以同时解决两个问题：废水处理和发电。我们的NiO-N-CNF/ACB电极显示COD减少了74%，这意味着它们在分解有机废物方面非常有效。

这不仅仅关乎数字，还关乎我们社区和生态系统的清洁水源。我们不会止步于此。电极上形成的细菌生物膜并非偶然。它们是这个系统的关键部分。

通过生化分析，我们发现了特定的细菌，如Raoultellaornithinolytica和Serratiamarcescens，它们有助于形成这些厚厚的生物膜。这些生物膜对于捕获电子和加快废水处理过程至关重要。我们甚至发现，铜绿假单胞菌在快速传输这些电子方面发挥着作用，从而加速了整个系统的效率。

那么这对未来意味着什么?我们相信这些发现将NiO-N-CNF/ACB定位为下一代MFC的有前途的材料。能源的未来不仅仅是太阳能电池板或风力涡轮机。它还涉及寻找利用我们已经丢弃的东西(如废水)发电的方法。

我们开发的电极不仅性能高，而且可扩展。想象一下污水处理厂不仅能净化水，还能产生足够的电力来为自己供电。这就是我们的愿景。我们正在讨论的系统可以彻底改变我们对废物、能源和可持续性的看法。

但我们才刚刚起步。随着这些NiO-N-CNF/ACB电极的成功，我们正在探索更多改进MFC的方法。我们展示的能量转换能力令人印象深刻，但我们知道我们可以进一步推进。

通过不断优化材料、促进生物膜生长和改善整体设计，我们正在为清洁能源和环境管理齐头并进的未来铺平道路。

总之，这不仅仅是发电或创造一个更清洁的世界。这是关于重新思考我们所依赖的系统。废物不再是一个需要解决的问题;它是一种可以利用的资源。借助MFC的强大功能以及NiO-N-CNF/ACB电极等创新技术，我们距离可持续、节能的未来又近了一步。