微生物燃料电池..

微生物燃料电池1.前言能源危机是令当今各国头痛的问题，并引起世界广泛关注。

寻找新能源迫在眉睫。

生物质能源是现今备受推崇的新能源之一，其潜力正不断被挖掘。

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是生物质能源应用中的一种，是近年来迅速发展的新型燃料电池。

既可以降解废弃物，又能发电，确实是一种值得深究的变废为宝方式。

2.微生物燃料电池的发展19世纪30年代，英国植物学家Potter在研究细菌培养液的时候首次发现细菌能产生电流。

50年代，美国科学家利用宇航员的尿液和活细胞制造了一种能在外太空使用的生物燃料电池。

70年代，生物燃料电池的研究逐渐从以前的间接生物燃料电池转向直接生物燃料电池。

80年代，由于可作为小功率的电源，对微生物燃料电池的研究开始活跃。

90年代，用污水作为底物，达到净化污水同时获取电能的目的。

21世纪后，对微生物燃料电池的应用研究开始转向环保领域，受到众多环境学者的广泛关注。

3.微生物燃料电池的原理其本质是一种电化学电池，有阴阳两级，电极一般有炭纸和石墨两类。

中间一般用PEM膜（或盐桥）相隔。

阳极材料一般用石墨，阳极室充入待降解的污水或污泥，里面的微生物附着在电极上，在氧化降解底物的同时产生电子，电子通过外导线流入阴极，质子则通过PEM膜（或盐桥）进入阴极室，与电子、氧气结合生成水。

以葡萄糖底液为例：Anodic reaction:C 6H12O6 +6H2O → 6CO2 +24H++24e－Cathodic reaction:6O 2 +24H++24e－→ 12H2O在MFC的阳极室充入可降解有机物作为燃料来产电，这些可降解有机物可以是生活污水、工业废水、垃圾渗滤液、重金属、海水等。

其产电微生物有希万氏菌(Shewanella)、铁还原红育菌(Ｒhodofoferax ferrire-ducens)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、人苍白杆菌(Ochrobactrum anthropi)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、丁酸梭菌(Clostridiumbutyrioum)、耐寒细菌(Geopsychrobacter electrodiphi-ous)等[1].微生物的产电主体主要是附着在电极上形成的微生物膜。

微生物燃料电池研究进展一、本文概述微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是一种将微生物的生物化学过程与电化学过程相结合的新型能源技术。

近年来，随着全球对可再生能源和环保技术的日益关注，MFC因其在废水处理同时产生电能的优势，受到了广泛关注和研究。

本文旨在综述当前微生物燃料电池的研究进展，包括其基本原理、性能提升、应用领域以及未来挑战等方面，以期为MFC的进一步研究和应用提供参考和借鉴。

MFC的基本原理是利用微生物作为催化剂，将有机物质在阳极进行氧化反应，产生电子和质子。

电子通过外电路传递到阴极，与阴极的氧化剂（如氧气）发生还原反应，产生电能。

同时，质子通过电解质传递到阴极，与电子和氧化剂反应生成水。

MFC的性能受到多种因素的影响，包括微生物种类、电极材料、电解质性质、操作条件等。

目前，MFC的研究主要集中在性能提升和应用拓展两个方面。

性能提升方面，研究者们通过优化电极材料、改进电解质配方、提高微生物活性等手段，提高了MFC的产电性能。

应用拓展方面，MFC已被尝试应用于废水处理、生物传感器、海洋能源开发等领域，展示了其广阔的应用前景。

然而，MFC技术仍面临一些挑战和问题，如产电效率低、稳定性差、成本高等。

因此，未来的研究需要在提高MFC性能的注重其实际应用中的可操作性和经济性。

本文将对MFC的研究进展进行详细的梳理和评价，以期为MFC的进一步发展和应用提供有益的参考。

二、MFC的分类与特点微生物燃料电池（MFC）是一种将微生物的生物化学反应与电化学过程相结合，将化学能直接转化为电能的装置。

根据其结构、运行方式以及电解质的不同，MFC可以分为多种类型，各具特色。

单室MFC：单室MFC是最简单的MFC结构，阳极和阴极位于同一室中，通过质子交换膜分隔。

这种结构使得MFC更为紧凑，但也可能因为质子传递的限制而影响性能。

双室MFC：双室MFC由两个独立的室组成，分别包含阳极和阴极，通过质子交换膜或盐桥连接。

微生物燃料电池原理与应用微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)是一种利用微生物氧化有机物产生电能的装置。

它基于微生物的电化学反应来产生电力，将化学能直接转化为电能。

微生物燃料电池的原理是通过利用微生物的代谢作用将有机废物（如人类粪便、废水等）中的化学能转化为电能，实现能量回收和减少污染物的排放。

该技术有着巨大的潜力，能够广泛应用于废水处理、能源生产和环境保护等领域。

微生物燃料电池中的关键组成部分是阳极和阴极。

阳极是微生物活动的场所，它提供了一个良好的电子传递通道。

通常情况下，阳极材料是由导电性好的物质构成，如碳纳米管、碳纳米颗粒等。

阴极则是电子和氧气进行还原反应的场所，它常常使用氧化剂（如氧气或氯离子）来参与电子转移反应。

阳极和阴极之间的电子传递通过外部电路完成，从而产生电能。

微生物燃料电池的关键是利用微生物的代谢作用。

在阳极的表面，微生物通过氧化有机物来产生电子和质子。

微生物中的电子经过阳极材料传递到外部电路中去，形成电流。

同时，微生物释放质子到电解质中去。

质子在电解质中通过离子交换膜传递到阴极处与氧气结合，还原发生的氧化反应，并接受电子，形成水。

这个过程实际上是微生物通过氧化有机物来释放能量，将化学能转化为电能。

这个电能可以直接用来驱动负载，如电灯、泵浦等。

微生物燃料电池的应用非常广泛。

一方面，它可以作为一种有效的废水处理技术。

通过将微生物燃料电池应用于废水处理厂，可以不仅处理废水中的有机物，还能够产生电能。

这就在一定程度上实现了能源回收和环境保护的双重效果。

另一方面，微生物燃料电池还可以应用于能源生产。

有机废物广泛存在于农村、城市和工业生产中，通过利用微生物燃料电池来转化这些有机废物为电能，可成为一种可再生能源来源。

此外，微生物燃料电池还可以应用于生物传感器和无源传感器等领域。

尽管微生物燃料电池具有广泛的应用前景，但目前仍然有一些挑战需要克服。

首先，阳极材料的选择和优化对微生物燃料电池的性能至关重要。

新型化学电源生物燃料电池及其发展前景摘要：微生物燃料电池是以微生物为催化剂，通过降解有机物将化学能转化成电能的一种新型发电装置。

它能够利用废弃物和生活垃圾等生物资源进行发电，还能有效地处理废水，并能从实际的可生物降解的有机物中生物制氢，为有效获取氢能开辟了新途径，在环境保护和新能源开发等领域具有广阔的应用前景，因此成为上述领域当前的研发新热点1.生物燃料电池简介1.1、生物燃料电池定义所谓的生物燃料电池(Biofuel cell)，就是按照燃料电池的原理，利用生物质能将有机物(如糖类等)中的化学能直接转化成电能的一种电化学装置。

1.2、生物燃料电池分类目前有人将生物燃料电池分为间接型和直接型两种。

在间接型生物燃料电池中，由水的厌氧酵母或光解作用产生氢等电活性成分，然后在通常的氢- 氧燃料电池的阳极上被氧化。

在直接型生物燃料电池中，有一种氧化还原蛋白质作为电子由基质直接转移到电极的中间物根据电池中使用的催化剂种类，可将生物燃料电池分为微生物燃料电池和酶燃料电池两种类型。

1.3、两种生物燃料电池工作过程简介典型的微生物燃料电池由阳极室和阴极室组成，质子交换膜将两室分隔开。

它的基本工作原理可分为四步：(1) 在微生物的作用下，燃料发生氧化反应，同时释放出电子；(2) 介体捕获电子并将其运送至阳极；；(3) 电子经外电路抵达阴极，质子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室；(4) 氧气在阴极接收电子，发生还原反应。

酶燃料电池：葡萄糖在葡萄糖氧化酶和辅酶的作用下失去电子被氧化成葡萄糖酸，电子由介体运送至阳极，再经外电路到阴极。

双氧水得到电子，并在微过氧化酶的作用下还原成水。

2 MFC 的工作原理典型的微生物燃料电池（M F C ）微生物燃料电池工作原理图由阴极区和阳极区组成，两区域之间由质子交换膜分隔。

MFC 的工作原理是：在阳极表面，水溶液或污泥中的有机物，如葡萄糖、醋酸、多糖和其他可降解的有机物等在阳极微生物的作用下，产生二氧化碳、质子和电子。

微生物燃料电池微生物燃料电池（MicrobialFuelCell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。

目录物质解析分类介体性能参数进展物质解析依据电子传递方式进行分类，微生物燃料电池可分为直接的和间接的微生物燃料电池。

所谓直接的是指燃料在电极上氧化的同时，电子直接从燃料分子转移到电极，再由生物催化剂直接催化电极表面的反应，这种反应在化学中成为氧化还原反应；假如燃料是在电解液中或其它处所反应，电子通过氧化还原介体传递到电极上的电池就称为间接微生物燃料电池。

依据电池中是否需要添加电子传递介体又可分为有介体和无介体微生物燃料电池。

分类介体向微生物燃料电池中添加的介体重要有两种：第一类是人工合成的介体，重要是一些染料类的物质，如吩嗪、吩噻嗪、靛酚、硫堇等等。

这些介体必需充足肯定的条件：（1）能穿透进入微生物的细胞内发生氧化反应；（2）特别简单得电子；（3）在被还原之前能快速离开微生物细胞；（4）在阳极表面有很好的电化学活性；（5）稳定性好；（6）在阳极电解液中是可溶的；（7）对微生物没有毒性；（8）不会被微生物代谢掉。

第二类是某些微生物自身可以合成介体，如PseudomonasaeruginosastrainKRP1能够合成绿脓菌素和吩嗪—1—甲酰胺等物质，它合成的介体不光本身可以使用，其它的微生物也可以利用它产生的介体传递电子。

作用原理参加传递电子的介体与微生物和阳极之间的作用形式有三种：（1）微生物将氧化还原反应产生的电子直接传递给溶解在溶液中的介体，介体再将电子传递给电极；（2）介体能进入到微生物体内，参加反应被还原，从微生物体内出来后再将电子传递给电极；（3）微生物吸附在电极表面，它将反应产生的电子传递给在细胞表面的介体，再通过介体传递给电极。

优势与现有的其它利用有机物产能的技术相比，微生物燃料电池具有操作上和功能上的优势：首先，它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率；其次，不同于现有的全部生物能处理，微生物燃料电池在常温环境条件下能够有效运作；第三，微生物燃料电池不需要进行废气处理，由于它所产生的废气的重要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量；第四，微生物燃料电池不需要输入较大能量，由于若是单室微生物燃料电池仅需通风就可以被动的补充阴极气体；第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，微生物燃料电池具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来充足我们对能源需求的燃料的多样性。