A miniaturized bionic ocean-battery mimicking the structure of marine microbial ecosystems

微生物燃料电池 电池(电) 海洋生态系统 生态系统 环境科学 生态学 微生物种群生物学 生化工程 发电 生物 功率(物理) 细菌 工程类 物理 电气工程 遗传学 量子力学
作者
Huawei Zhu,Liru Xu,Guodong Luan,Tao Zhan,Zepeng Kang,Chunli Li,Xuefeng Lü,Xueli Zhang,Zhiguang Zhu,Yanping Zhang,Yin Li
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:31
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33358-x
摘要

Abstract Marine microbial ecosystems can be viewed as a huge ocean-battery charged by solar energy. It provides a model for fabricating bio-solar cell, a bioelectrochemical system that converts light into electricity. Here, we fabricate a bio-solar cell consisting of a four-species microbial community by mimicking the ecological structure of marine microbial ecosystems. We demonstrate such ecological structure consisting of primary producer, primary degrader, and ultimate consumers is essential for achieving high power density and stability. Furthermore, the four-species microbial community is assembled into a spatial-temporally compacted cell using conductive hydrogel as a sediment-like anaerobic matrix, forming a miniaturized bionic ocean-battery. This battery directly converts light into electricity with a maximum power of 380 μW and stably operates for over one month. Reproducing the photoelectric conversion function of marine microbial ecosystems in this bionic battery overcomes the sluggish and network-like electron transfer, showing the biotechnological potential of synthetic microbial ecology.

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