Novel Gas Diffusion Cloth Bioanodes for High-Performance Methane-Powered Microbial Fuel Cells

甲烷 微生物燃料电池 扩散 气体扩散 化学 燃料电池 环境科学 环境化学 化学工程 废物管理 工程类 有机化学 热力学 物理 物理化学 阳极 电极
作者
Linpeng Yu,Zhi‐Xia Yang,Qiuxiang He,Raymond Jianxiong Zeng,Yanan Bai,Shungui Zhou
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (1): 530-538 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acs.est.8b04311
摘要

Microbial fuel cells (MFCs) are a promising technology that converts chemical energy into electricity. However, up to now only few MFCs have been powered by gas fuels, such as methane, and their limited performance is still challenged by the low solubility and bioavailability of gases. Here, we developed a gas diffusion cloth (GDC) anode to significantly enhance the performance of methane-powered MFCs. The GDC anode was constructed by simply coating waterproof GORE-TEX cloth with conductive carbon cloth in one step. After biofilm enrichment, the GDC anodes obtained a methane-dependent current up to 1130.2 mA m–2, which was 165.2 times higher than conventional carbon cloth (CC) anodes. Moreover, MFCs equipped with GDC anodes generated a maximum power density of 419.5 mW m–2. Illumina high-throughput sequencing revealed that the GDC anode biofilm was dominated mainly by Geobacter, in contrast with the most abundant Methanobacterium in planktonic cells. It is hypothesized that Methanobacterium reversed the methanogenesis process by transferring electrons to the anodes, and Geobacter generated electricity via the intermediates (e.g., acetate) of anaerobic methane oxidation. Overall, this work provides an effective route in preparing facile and cost-effective anodes for high-performance methane MFCs.
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