“Angewandte International-Edition Chemie∣基于微生物电化学，开发的超快充生物杂合电池”
文献信息：
Na Chu, Yong Jiang, Donglin Wang, Daping Li, and Raymond Jianxiong Zeng.
https://doi.org/10.1002/anie.202312147
Angewandte International-Edition Chemie 影响因子：16.823
背景介绍
人们对全球变暖的担忧引发了对可再生能源储存的广泛研究。
在这里，本研究结合微生物电化学和电化学驱动CO2还原方面的最新进展，开发了一种以纯甲酸为能量载体的超快充生物杂合电池。生物杂合电池只需要3分钟的充电就能完成惊人的25小时放电阶段。
CO2电解池具有薄的阴极层和固体电解质层，使得使用廉价的阴离子交换膜和容易获得的电催化剂成为可能。在电-甲酸盐-生物电的过程中，生物转换在限制整体法拉第效率和能源效率方面发挥了至关重要的作用。通过在提取室中储存N2，CO2电解池能够在气体备用模式下连续运行在164小时。
此外，在放电阶段产生的电信号被用于监测水的生物毒性。在生物阳极中发现了与甲酸盐代谢相关的功能基因，并发现了电化学活性细菌。另一方面，Paracoccus属菌株主要存在于所使用的空气阴极中。这些结果提高了我们目前开发生物杂交技术的知识。
图文解读
示意图1
结合微生物电化学和CO2电解的前沿进展，开发出革命性的生物杂合电池。这种生物杂合电池以其卓越的超高速充电和长时间放电能力而脱颖而出。此外，从该电池中回收的生物电可用于评估水的生物毒性。
图1 CO2电解池的优化
（a）在不同浓度的KOH电解液中，以Bi/C GDE为阴极的线性循环伏安曲线。
（b）在不同浓度的KOH电解液中，以Bi/C GDE为阴极的阻抗谱。
（c）不同电势和在1 M KOH电解液中，以Bi/C GDE为阴极的电流变化。
（d）在不同浓度的NaOH电解液中，以Bi/C GDE为阴极的甲酸生产情况。
（e）在不同浓度的NaOH电解液中，以Bi/C GDE为阴极的法拉第效率。
（f）在不同浓度的NaOH电解液中，以Bi/C GDE为阴极的能量效率。
图2 生物杂合电池的充放电性能
（a）当采用Gas Stand-by model时，CO2电解池的电流情况。
（b）当采用Gas Stand-by model时，CO2电解池的甲酸和法拉第效率变化。
（c）当采用Water Stand-by model时，CO2电解池的电池电压、库伦效率和能量效率。
（d）当采用Water Stand-by model时，CO2电解池的电流变化。
（a）甲醇影响下，电化学系统的归一化电信号
（b）Cu2+影响下，电化学系统的NES变化。
（c）一个典型的微生物电化学反应器的电压曲线变化，展示了充电、放电、监测和恢复的各个步骤。
（a）气体扩散电极（gas diffusion electrode,
（b）原始的GDE电极的横切面的SEM-EDS图像。
（c）已使用的GDE电极的横切面的SEM-EDS图像。
（d）基于循环伏安曲线计算的GDE的双层电容
（e）阳极微生物在门水平上的相对丰度。
（f）阳极微生物在属水平上的相对丰度。
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