时讯:中科院微生物研究所创建出仿生海洋电池

时间:2022-10-08 08:38:16 来源: 中国科学院微生物研究所



(资料图片仅供参考)

根据其由初级生产者、初级分解者和终端消费者组成的基本特征,设计构建了一个由初级生产者(蓝藻)﹑初级分解者(大肠杆菌)和终端消费者(希瓦氏菌和地杆菌)构成的四菌微生物组,并证明四菌微生物组在系统内阻﹑最大功率密度和稳定性等方面最优,说明保持完整三级生态结构可实现高效生物光电转化。

进一步地,针对蓝藻光合放氧与异养微生物厌氧产电之间存在的矛盾,研究人员阻断了大肠杆菌和希瓦氏菌的好氧呼吸途径,并开发了具有隔氧性能的导电水凝胶,将大肠杆菌、希瓦氏菌和地杆菌封装起来,形成能够隔氧且能进行电子传递的人工沉积层。将人工沉积层与含有蓝藻的水柱层组装在一起,最终制造出一体化的生物太阳能电池,可以直接将光能转化为电能,并稳定运行1个月以上(图1)。

该生物太阳能电池模拟了海洋电池的基本物理结构和生态结构,但时空尺度显著压缩,可以视为一个小型化的仿生海洋电池(图2)。仿生海洋电池不仅将生物光伏效率提高到一个新的水平,为开发高效稳定的生物太阳能电池提供了新的路径,也进一步展现了合成生态学的生物技术潜力。

该研究题为“A miniaturized bionic ocean-battery mimicking the structure of marine microbial ecosystems”,中科院微生物研究所博士后朱华伟为论文第一作者,中科院微生物研究所李寅和张延平、中科院天津工业生物技术研究所张学礼和朱之光﹑以及中科院青岛生物能源与过程研究所吕雪峰为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金﹑中国科学院B类先导科技专项培育项目、中国科学院重点部署项目﹑中国科学院洁净能源创新研究院合作基金﹑博士后创新人才支持计划等项目的资助。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-33358-x


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