2024年1月5日，Elsevier 旗下国际著名期刊《Energy Conversion and Management》在线发表了云南师范大学能源与环境科学学院​李建昌教授课题组的最新研究成果《Exogenous electric field as a biochemical driving factor for extracellular electron transfer: Increasing power output of microbial fuel cell》。云南师范大学能源与环境科学学院李建昌教授通讯作者。

Abstract

Although microbial fuel cells (MFCs) offer a promising avenue for clean power production, they are hindered by inefficient extracellular electron transfer (EET), thereby resulting in a low power output. This study focused on augmenting MFC power by boosting the EET rate using an exogenous electric field (EEF). By leveraging the dual benefits of microbial electrolysis cells (MECs) in organic waste treatment and energy recovery, we developed an MFC–MEC system that utilizes the EEF from MEC as a connecting link. Two configurations, EEF in the same direction (SD-MFC–MEC) and EEF in the reverse direction (RD-MFC–MEC), were used to examine the EET kinetic rate at the MFC anode in the EEF environment using various electrochemical methods for quantitative evaluation. Our findings revealed that EEF significantly enhanced MFC anode biofilm formation and electrochemical activity, leading to a prominent improvement in electrode reaction rates. The EET rate constants in the SD-MFC–MEC and RD-MFC–MEC were more than double those in the control R-MFC, with power density increases of 117.8% and 108.4%, respectively. The formation of electrochemically active sites within the biofilm induced by EEF has emerged as a crucial factor in amplifying the EET rate, and consequently, the MFC power output. Additionally, the variation in EET rate constants between the SD-MFC–MEC and RD-MFC–MEC was minimal, thereby indicating the negligible impact of the EEF orientation on the EET efficiency. This study provides a novel method for quantitatively examining EET rates, opens up new avenues for further facilitating microbe-to-electrode electron transfer, and promotes the application of MFC–MEC systems in energy recovery, CO2 emission reduction, and waste treatment.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0196890423013961

扩展阅读：

https://solar.ynnu.edu.cn/info/1187/3115.htm

李建昌

农业生物环境与能源工程，教授，博士生导师

邮箱：691045922@qq.com

主要招生专业：

农业生物环境与能源工程

主要研究方向：

生物电化学或生物发电（微生物电解池制氢、电化学厌氧消化、微生物燃料电池）

学历及研究简历：

1984年9月-1988年6月，四川大学，本科生，有机化学 专业；

2000年9月-2003年6月，云南师范大学，硕士研究生，农业生物环境与能源工程 专业

2005年9月-2011年12月，昆明理工大学，博士研究生，环境工程 专业

2006年9月-2007年8月，挪威科技大学和挪威生命科技大学，访问学者

近三年代表论文和著作：

1. Introducing electrolysis to enhance anaerobic digestion resistance to acidifcation，Bioprocess and Biosystems Engineering

2. 电压为扰动因子探究MEC-AD产甲烷代谢通量与微生物的关系，生物工程学报

3. 以pH值为扰动因子探究EAD产甲烷代谢通量与微生物的关系，微生物学通报

4. Effects of different substrates on microbial electrolysis cell (MEC) anodic membrane: biodiversity and hydrogen production performance, Water Science and Technology

5. Effects of applied voltage on the anode biofilm formation and extracellular polymers substances in a single chamber microbial electrolysis cell, Desalination and Water Treatment

近三年主持的国家级或百万以上其他项目：

（1）外源电解协助构建微生物电解池阳极电活性微生物膜的研究，国家自然科学基金。

（2）微生物电解池提升甲烷转化率的代谢通量分析及作用机制研究，国家自然科学基金。

近三年主讲课程（研究生、本科生）：

（1）生物质能转换技术（研究生）

（2）大学化学，大学化学实验（本科生）

导师简介

李建昌，男，博士/教授，博士生导师，1966年1月出生，现在云南师范大学能环学院从事教学与科研工作。目前主要研究方向为或生物发电（微生物电解池制氢、电化学厌氧消化、微生物燃料电池）。

1988年7月毕业于四川大学化学系有机化学专业，获学士学位。2003年7月毕业云南师范大学太阳能研究，获硕士学位。2011年11月毕业月昆明理工大学环境工程学院，获博士学位，期间于2006年9月-2007年9月在挪威科技大学和挪威生命科技大学，做访问学者工作。

近几年来，在教学工作方面，主持省级和校级教学项目2项；主编教材《沼气技术理论与工程》一部，参编教材两部；先后获得教学成果奖3项（省部级1项，校级2项）。在科研工作方面，主持科研项目6项（国家自然科学基金项目2项，省部级科研项目1项，厅级1项，校级2项），参与科研项目17项（国家级项目7项、省部级10项），参与横向项目12项；发表或参与发表学术论文总计110篇，其中第一作者及通讯作者32篇，出版学术专著3部；专利14项（发明5项，实用9项），实用新型5项。先后获省厅校级科研成果奖7项。

https://solar.ynnu.edu.cn/info/1187/3115.htm

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