基于质子交换膜构建的微生物燃料电池(PEM-MFCs)是一项减污降碳协同增效技术，在有机污染治理和能量回收方面具有巨大的潜力。受限于微生物和电极间的电子转移速率不足，MFCs功率密度目前尚未达到商用锂电池的水平，这已成为其大规模应用的关键瓶颈，也是该领域正在努力突破的技术壁垒。
针对上述问题，浙江工业大学环境学院陈建孟教授团队提出了一种“孔匹配”新策略，设计了由核壳结构碳纳米管@聚苯胺(PANI@CNT)组成的形貌可控三维多孔电极。该电极孔径恰好与微生物细胞尺寸匹配，将微生物细胞独立地嵌入内部，从而为固定化的微生物细胞均提供了直达电极基底的电子传递快速通道。基于上述策略，所开发的微生物燃料电池功率密度高达7549.4±27.6 mW m-2，超过文献中同类装置的最大值6630 mW m-2(Science，2021，373，1336-1340)，能量转换效率达91.7±1.2%，且稳定运行超过100天，为开发高性能微生物燃料电池提供了可行的策略。
图1. 孔匹配电极构建示意图
图2. PANI@CNT生物阳极的优越性能
相关研究成果以“Pore-Matched Sponge for Microorganisms Pushes Electron Extraction Limit in Microbial Fuel Cells”为题发表于《Small》上(DOI: 10.1002/smll.202304754)。浙江工业大学为第一单位和唯一通讯单位，环境学院陈建孟教授、张士汉教授和赵景开特聘副研究员为共同通讯作者，环境学院博士后冯克为论文第一作者。上述研究获得国家自然科学基金(No. 21938012、22022610、21906150、22078304)和浙江省基础公益技术研究计划项目(No. LGF21B060002)资助。
