微生物燃料电池简介
摘要：微生物燃料电池是一种新型的能源装置，具有污废弃物处理与同步产电的优点，应用范围广，具有巨大的潜在应用价值，本文对其做了一个简要的介绍。
关键词：微生物燃料电池 污水处理 产电
前言：微生物燃料电池（MFC）是一种通过微生物代谢生物质将化学能直接转变为电能的装置，兼具处理废水与产电的功能，从而大大降低污水处理成本。早在1911年英国植物学家Potte就发现利用酵母菌和大肠杆菌可以产生电流[1]；但是一直未受到人们的关注。直到20世纪80年代美国科学家设计了一种利用宇航员的排泄物和活细菌作为电极活性物质的细菌电池，这种电池可为宇宙飞船提供电能，但其发电效率较低；到2004年，废水首次被用作MFC的燃料来发电，并获得了146±8mW m-2的功率密度。此后大量研究表明多种类型的废水都可以用于MFC中，MFC在废水处理方面的研究获得了较大进展。在近20年的研究中，MFC的规模在逐步扩大。目前，实验室所用MFC的大小从几微升到几升之间。产电功率得到了明显提升，产电功率已达到2.8kW m-3。近年来，对MFC的研究逐渐引起了国内外研究学者的关注。
一、 MFC的工作原理
一个典型的 MFC 共由四部分组成：阳极、阴极、电解池和外电路。它以阳极室中的微生物作为催化剂，以阳极液中的有机物质作为燃料，利用微生物降解生物质，从而产生电子，产生的电子到达阳极，由阳极转移到外电路，最后通过外电路传递到阴极。微生物在降解有机物质产生电子的同时还产生质子，产生的质子通过两极室之间的质子交换膜到达阴极。在阴极催化剂的作用下，质子、电子和氧化剂发生反应生成还原剂。从而完成电池内的电流传递过程，产生电能。当外电路接入负载时，MFC 产生的电能足够多时，MFC 便能够支持负载工作。
二、MFC的分类
根据分类标准的不同，MFC的分类方法有所不同。
（一）根据不同类型的微生物，MFC可分为沉积物型、异养型和光能异养型三种类型。
2019年第1期新型燃料电池技术
氢是一种替代燃料，按重量计算，它的能量含
量很高。它大量储存在水、碳氢化合物和其他有机
物中。氢可以从多种多样的资源中产生，包括化石
燃料、生物质和水电解，以及风能、太阳能或电网电
力。氢气的环境影响和能源效率取决于它是如何
产生的。氢和燃料电池可以广泛应用。由于燃料
电池可以独立于电网，因此对于数据中心、电信塔、
医院、应急响应系统甚至国防军事应用等关键负载
功能来说，它们也是一个有吸引力的选择。燃料电
池与电池类似，它们不是燃烧产生电能。与今天的
汽油车类似，燃料电池电动汽车在一箱氢燃料上的
行驶里程可以超过300英里。他们可以在几分钟内
补充燃料，而且加燃料体验几乎和加油站一样。由
于发动机(即燃料电池)没有移动部件，永远不需要
换润滑油。
1氢燃料电池技术未来的可持续性[1]
Kumar讨论了一些关键的能源、环境和可持续性
问题，以及氢和燃料电池技术作为这些问题的潜在解
决方案之一的作用。氢是一种特别吸引人的运输燃
料。它是产生污染最少的燃料，可以在任何有水和清
洁电力的地方生产。用太阳能电解水或可再生生物
质气化制氢，然后用于燃料电池电动汽车(FCEV)的燃
料循环将产生很少或根本不会产生局部的、区域的或
全球污染。氢燃料电池汽车将结合电池动力电动汽
车(BPEVS)的最佳特性—零排放、高效、安静运行、长
寿命—内燃发动机汽车(ICEVs)的长距离和快速加油
时间。如果燃料电池技术如预期的那样发展，那么氢
燃料电池汽车将和太阳能电池汽车有一个重大的进
步，它们将比氢燃料电池汽车更清洁和更高效，比氢
燃料电池汽车有更短的加油时间和更低的生命周期
成本。作者将揭示用燃料电池取代现有发电源的可
能性。
燃料电池的类型主要取决于它们所使用的电解
质的类型。而电解液的类型又决定了操作温度，不同
类型的操作温度差别很大。高温燃料电池的工作温
度在1100华氏度(600摄氏度)以上，这些高温使得轻
烃燃料(如甲烷)在有水存在的情况下自发地内部转化为氢和碳。
燃料电池简介
燃料电池(FuelCell)的概念1839年由G.R.Grove提出，是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
燃料电池的原理由德国化学家尚班（Christian Friedrich SchÖnbein）于1838年提出，并刊登在当时著名的科学杂志 。基于尚班的理论英国物理学家威廉·葛洛夫于1839年2月把理论证明刊登于Philosophical Magazine and Journal of
Science ，其后又把燃料电池设计草图于1842年刊登 。当时的设计类似现今的磷酸燃料电池。
美国联合技术公司的UTC Power1 部门是第一个制造商用大型固定燃料电池的公司，其产品可当做医院、大学、大型办公大楼的动力来源，UTC Power 持续也在市场上推出功率达200千瓦燃料电池-PureCell 200，现被400千瓦取代-PureCell Model 400 。UTC Power也是美国国家航空航天局在进行太空探索方面唯一的燃料电池供应者，曾将其燃料电池应用于太阳神计划和太空穿梭计划，而且也往汽车、公共巴士、手机等方面发展，该公司也展示了第一个质子交换膜的燃料电池汽车，在酷寒的状态下仍能适用。
在1960年代几次的太空任务中，燃料电池用于驱动登月探险车及供应太空人饮用水，均证明了它的实用性。近年来，因为化石燃料造成的能源危机与环保意识的抬头，令燃料电池的发展日趋频繁。
在中国的燃料电池研究始于1958年，原电子工业部天津电源研究所最早开展了MCFC的研究。70年代在航天事业的推动下，中国燃料电池的研究曾呈现出第一次高潮。
1990年中国科学院长春应用化学研究所承担了中科院PEMFC的研究任务，1993年开始进行直接甲醇质子交换膜燃料电池（DMFC）的研究。电力工业部哈尔滨电站成套设备研究所于1991年研制出由7个单电池组成的MCFC原理性电池。
燃料电池
科技名词定义
中文名称：
燃料电池
英文名称：
fuel cell
定义：
将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。
所属学科：
电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
百科名片
燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
目录
简介
能量变化
历史
中国发展状况
国际发展状况
特点与原理
分类
发电系统
评估
经济性
展望
调峰能力增加
节约配电网的建设费用
提高电网的安全性
电网管理
编辑本段简介
燃料电池
燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：
（1）能量转化效率高 他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。
（2）有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低 CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。
（3）燃料适用范围广。
（4）积木化强 规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。
（5）负荷响应快，运行质量高 燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。
编辑本段能量变化
