Microbial biofilms for electricity generation from water evaporation and power to wearables

微生物燃料电池 可再生能源 发电 生物膜 材料科学 环境科学 工艺工程 纳米技术 功率(物理) 电气工程 工程类 细菌 物理 生物 量子力学 遗传学
作者
Xiaomeng Liu,Toshiyuki Ueki,Hongyan Gao,Trevor L. Woodard,Kelly P. Nevin,Tianda Fu,Shuai Fu,Lu Sun,Derek R. Lovley,Jun Yao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:104
标识
DOI:10.1038/s41467-022-32105-6
摘要

Abstract Employing renewable materials for fabricating clean energy harvesting devices can further improve sustainability. Microorganisms can be mass produced with renewable feedstocks. Here, we demonstrate that it is possible to engineer microbial biofilms as a cohesive, flexible material for long-term continuous electricity production from evaporating water. Single biofilm sheet (~40 µm thick) serving as the functional component in an electronic device continuously produces power density (~1 μW/cm 2 ) higher than that achieved with thicker engineered materials. The energy output is comparable to that achieved with similar sized biofilms catalyzing current production in microbial fuel cells, without the need for an organic feedstock or maintaining cell viability. The biofilm can be sandwiched between a pair of mesh electrodes for scalable device integration and current production. The devices maintain the energy production in ionic solutions and can be used as skin-patch devices to harvest electricity from sweat and moisture on skin to continuously power wearable devices. Biofilms made from different microbial species show generic current production from water evaporation. These results suggest that we can harness the ubiquity of biofilms in nature as additional sources of biomaterial for evaporation-based electricity generation in diverse aqueous environments.
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