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硕士学位论文锰酸锌负极材料的改性及低温电化学性能研究摘要尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)因其储量丰富、环境友好、高能量密度等优点逐渐成为最具发展前景的锂离子电池负极材料。
但是，ZnMn2O4在充放电过程中存在导电率低、体积变化大，在首次放电过程中容量衰减快的缺点，从而限制了其发展。
本文针对ZnMn2O4自身的缺陷，对其合成方法进行了优化以及采用金属氧化物复合改性。
主要采用共沉淀法、混合溶剂热法、微乳液法制备出不同形貌的ZnMn2O4电极材料。
将不同的过渡金属氧化物与ZnMn2O4进行复合，结合两种材料的优点，提高复合材料的电化学性能。
此外，本文还探究了ZnMn2O4负极材料的低温(-15 ℃)电化学性能，具体研究如下：(1) 采用共沉淀与高温煅烧相结合的方法制备ZnMn2O4电极材料，并探究了不同煅烧温度对材料结晶度、形貌及电化学性能的影响，选出最佳煅烧温度进行后续研究。
采用超声法制备了片层结构的SnO2纳米材料，并制备了ZnMn2O4/SnO2复合材料。
探究了SnO2的添加量对材料性能的影响，测试结果表明，SnO2的添加改善了复合材料的电化学性能。
为方便标记以下ZnMn2O4简记为ZMO。
当SnO2的添加量为10%时复合材料的电化学性能最佳，特别是从1000 mA/g的大电流密度恢复到100 mA/g的小电流密度时，ZMO-SnO2(10%)的平均放电比容量仍能保持在563 mAh·g-1，体现了优异的倍率性能。
(2) 采用混合溶剂热法制备出微球结构的ZnMn2O4，当以尿素为沉淀剂时，首次放电比容量为1295 mAh·g-1。
采用溶剂热法合成了CuO和Co3O4纳米材料，成功制备出ZMO/CuO及ZMO/Co3O4复合电极材料。
结果表明，CuO、Co3O4氧化物的加入能增加复合电极材料的初始比容量。
ZMO/CuO复合材料的初始放电比容量为1352 mAh·g-1，在100 mA/g的电流密度下循环50次后仍能保持890 mAh·g-1。
电解池与原电池的教学探究电解池和原电池是电化学基础知识,是中学化学的教学难点,如果说没有科学合理的教学方法,学生很难理解和掌握这部分知识,更难以灵活运用。
要使学生全面掌握原电池及电解池的知识,必须渗透原电池及电解池的异同,掌握二者的电极反应。
现就以下几方面对原电池的教学方法进行探讨。
一. 在教学中渗透原电池及电解池回路的构成原电池是能将化学能直接转变为电能的电化学装置,也叫自发电池。
在讲原电池的回路之前,应该先给学生讲清楚概念,使学生能够较清楚地理解回路的构成原理。
原电池的回路是由两个电极和电解质溶液及导线组成的闭合回路,在原电池内部是离子导电,同时阳极板上发生氧化反应,阴极板上发生还原反应,原电池中的氧化还原反应是自发的,因此原电池中化学反应的结果是在外线路中产生电流,即原电池本身是一种电源,原电池正极上,因氧化反应而有电子的积累,故电位较小是负极,即电流从负极流出经过外线路流入正极,整个原电池的回路就这样构成,同样在讲电解池的同时,要给学生讲明电解池的概念,电解池是将电能转化为化学能的电化学体系,电解池回路与原电池回路相似,也是由两个电极和电解质溶液及电源组成的闭合回路,在外线路中,电流从电源的正极经电解池流向电源的负极,这样从外电源的负极流出的电子到了电解池的负极,经过还原反应,将负电荷传递给正极 ,极板上积累的电子经过导线流入电源的正极,这样就构成了电解池的回路,此时给学生讲清楚电化学中阳极的规定,把发生氧化反应即失电子的电极叫阳极,把发生还原反应的电极叫阴极,学生只要能熟练掌握原电池及电解池的概念，并能理解二者回路的构成原理,就对电化学基础知识有了进一步的认识,也为今后电化学知识的学习打下了坚实的基础。
二. 比较原电池和电解池的异同学生了解了原电池和电解池的回路,如果同时再对原电池和电解池的异同进行比较,就会使学生在理论上得到升华,理解的深度和广度得到扩展,对各种问题的运用也将得心应手,本人在教学中常常从二者的概念,电极反应，能量转化几方面进行对比。
XXXXXXXX学院化学在解决能源危机中的重要作用学生姓名：学号：指导老师：专业：年级：化学在解决能源危机中的重要作用摘要：当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源氢能是高效清洁环保型能源 ,在我国发展氢能源具有重要的战略意义。
而且我国氢的来源极为丰富，技术水平也有了一定的基础，水电解制氢、生物质气化制氢等制氢方法，现已形成规模。
关键词:氢能；新能源；必然性；氢能源的优劣势一、氢能源（一）氢能源简介氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。
随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。
氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。
氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。
作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点：l、重量最轻的元素。
标准状态下，密度为0.8999g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。
2、导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。
3、自然界存在最普遍的元素。
据估计它构成了宇宙质量的75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。
据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。
4、除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。
5、燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。
6、无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁滁生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。
中学电化学教学中需要纠正的两个电极反应(武威第二中学甘肃武威733000)【摘要】高考化学中电化学知识几乎是每年必考内容，但我们发现有两个电极反应的书写不能很好的解释阴极区与阳极区显酸碱性的原因；为了解决该问题，我们以电解nacl溶液、cuso4溶液为例进行了大量研究，得出了合适的电极反应书写格式。
【关键词】电化学电极反应电解nacl溶液电解cuso4溶液不论是原电池还是电解池其两个电极反应相加应该是对应的相关化学反应方程或者是离子反应方程；如果两极反应相加而不能对应时，我们就需要反思电极反应是否有误。
例如伏打电池负极反应是zn - 2e- =zn2+、正极反应是2h+ + 2e- = h2↑，这样正负极相加就是zn + 2h+ = zn2+ + h2↑，不难看出它就是锌与稀硫酸反应的离子反应。
又如用石墨电极电解cucl2溶液时阴极反应是cu2+ + 2e- = cu↓、阳极反应是2cl- - 2e- = cl2↑，这样阴阳两极相加就是cucl2 cl2↑+ cu ↓。
可是从教科书到教师参考书到学生练习册，凡是涉及到电解水溶液时由水产生的h+或oh-参与电极反应时均写为2h+ + 2e- = h2↑或者4oh- - 4e- = 2h2o + o2↑。
典型代表如电解nacl、naoh等溶液的阴极反应，电解cuso4、h2so4等溶液时的阳极反应就是如此。
笔者认为这是错误的书写格式，需要纠正。
正确的书写格式应该是改“2h+ + 2e- = h2↑”为“2h2o + 2e- = h2↑+ 2oh-”，改“4oh- - 4e- = 2h2o+ o2↑”为“4h2o - 4e- = 4hi+ + 2h2o + o2↑，可以简化为2h2o - 4e- = 4h+ + o2↑”。
下面就以电解nacl溶液为例说明。
首先nacl溶液中的h+由何而来？没有人不说是由水电离产生的，可是我们必须清楚其主体是水，其h+通常情况下为10-7mol/l 左右，所以不能用这样含量的h+代表绝大多数的存在形式水分子。
谨以此论文献给所有关心我成长的老师、亲人、同学和朋友们-----------孙帆电解液对超级电容器电化学性能影响的研究摘要超级电容器是一种高效的储能元件，性能介于传统电容器和化学电池之间。
影响超级电容器性能的因素有电极材料、电解液等。
电极材料主要包括碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。
碳材料在超级电容器的材料中由于稳定性好、价格低廉，应用最为广泛；导电聚苯胺（PANI）由于自身的性能与活性炭（AC）制备成聚苯胺/活性炭复合电极得到了广泛的关注，可以用于制备超级电容器。
LiClO4/乙腈在超级电容器研究中得到了广泛的关注，但是市场销售的锂离子电解液对超级电容器的影响不同，这对于超级电容器的实际应用具有十分重要的意义。
本文利用扫描电镜（SEM）、循环伏安法（CV）、恒流充放电、交流阻抗法（EIS）对电极材料进行表征与测试，并利用恒流充放电讨论了两种电解液对超级电容器的电化学性能的影响。
全文主要内容概括如下：（1）活性炭电极与聚苯胺/活性炭电极的制备与性能测试将活性炭、炭黑、聚偏氟乙烯按质量比8:1:1的比例制备活性炭电极。
利用CV在活性炭电极上沉积聚苯胺制备成复合电极。
然后用SEM、CV、充放电和EIS对两种电极进行表征与测试。
结果表明，当电流密度为3 mA·cm-2时，活性炭电极比电容为97.4 F·g-1，1000次充放电循环后，比电容降至首次循环的90%。
而复合电极在3mA·cm-2的电流密度时，比电容为340.4 F·g-1，明显高于活性炭电极，这是因为聚苯胺在充放电过程中，由于其表面形貌产生的双电层电容和氧化还原反应产生的赝电容起到了增加比电容的作用。
经过1000次充放电循环，比电容降至首次循环的70%。
（2）电解液对对称超级电容器电化学性能影响的研究分别组装电解液为LiClO4/乙腈和市售的NH602锂离子电解液两种对称超级电容器。
然后利用充放电进行测试。
电化学知识中的细节中学化学教材上的电化学知识，包括原电池和电解原理，原电池原理是各领域常用到电池的制造理论基础，理论上，一切能发生的氧化还原反应都可以制成电池。
电解原理在材料和原料工业上非常重要。
原电池部分原电池反应都是自发的进行氧化还原反应1、电极名称：只要是直流电源，电极名称是正、负极（不管是教材中的原电池，还是实际生活中应用的电源）。
2、外电路的电子移动方向：（以cu-zn原电池原理为例子理解）从负极出发到正极。
导致正极表面有大量的电子（负电荷），而使电解质溶液中的溶液中带正电和的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
原电池内部离子的移动：因是正极表面由负极沿外接导线传递过来的电子，所以电解质中的阳离子受正负电荷吸引只能向正极移动，阴离子向阳极移动。
3、原电池的正、负极的判断与我们常说的金属活泼性没有必然的联系，这里所说“金属活泼性强是“负极”中的“活泼性”，我们应这样理解：电极材料在指定电解质中的活泼性。
如：镁、铝单质材料为电极，电解质为naoh液构成原电池时，就是铝电极做负极；铁、铜材料为电极，浓hno3为电解液构成原电池时，也不能武断的判断fe为负极。
（原电池的正负极，其实就是：谁提供电子谁就是负极，引伸到燃料电池，就是：充燃料的一极为负极，因燃料是还原剂，提供电子。
）4、原电池的两个电极本身变化：①一个电极消耗，一个不消耗，如：教材上的cu-zn稀硫酸原电池。
②两个电极都消耗，如：生活中的铅蓄电池。
③两个电极都不消耗，如：燃料电池。
5、书写电极反应方程式时：①产物要符合实际，如：电解质是酸的，不能在方程式中有oh-出现；电解质是碱的，不能有h+出现在电极反应方程式中，是ch4燃料电池也不能出现co2形式。
②如果两个电极反应方程式都要求写出时，一般说两个式中的电子数目要相等；大多数原电池是一个电极消耗某粒子，另一极就生成该粒子，但不具代表性，如cu-zn原电池就不是。
6、若原电池的电解液是中性或碱性，大都是发生吸氧的电化学腐蚀原理。
原电池的应用及其原理论文摘要原电池作为一种可再生电池，具有很高的能源利用率和环境友好性，在多个领域具有广泛的应用。
本文主要介绍了原电池的应用领域和其工作原理。
随着可再生能源的发展和环境保护的重视程度的增加，原电池将在未来取得更广泛的应用。
引言原电池是一种可以将化学能转化为电能的设备，使用原电池可以以高效率地利用能源，并减少对环境的不良影响。
原电池的工作原理基于离子在电解质中的迁移以及电化学反应的进行。
本文将首先介绍原电池的应用领域，包括能源存储、新能源发电以及电动车辆等方面。
然后详细阐述原电池的工作原理，包括化学反应以及电池内部的结构。
最后，对原电池的未来发展进行展望。
原电池的应用原电池在多个领域具有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：1.能源存储：原电池被广泛应用于能源存储系统中，可以帮助平衡能源供给与需求之间的差异。
此外，原电池还可以用于储备太阳能和风能等可再生能源，以解决能源不稳定性的问题。
2.新能源发电：原电池可以作为可再生能源发电系统的关键组件，通过将可再生能源转化为电能，实现清洁能源的有效利用，减少对传统能源的依赖。
3.电动车辆：由于原电池具有高能量密度和长循环寿命等特点，因此在电动车辆中得到了广泛应用。
原电池可以为电动车辆提供持久的动力，同时也可以减少对化石燃料的消耗。
4.科学研究：原电池在科学研究中也有重要的应用，例如在电化学实验中，可以利用原电池进行各种电化学反应的研究。
原电池的工作原理原电池是一种通过化学反应将化学能转化为电能的装置。
其工作原理基于以下两个关键过程：1.化学反应：原电池内部发生化学反应，产生电子和离子。
化学反应的具体形式取决于所使用的原电池体系，例如铅酸电池中的化学反应为铅酸和铅的氧化还原反应。
2.电池结构：原电池由阳极、阴极和电解质三部分组成。
阳极是电池中发生氧化反应的电极，阴极是电池中发生还原反应的电极，电解质则通过提供离子来维持电池内的电荷平衡。
电池结构的设计可以影响电池的性能，例如通过改变电极材料可以改变电池的电压和电流输出。
摘要当前，发展可再生能源、推动电网智能化已成为能源领域的重要方向，作为平衡能源供给和消费的关键环节，电化学储能技术受到了广泛关注。
钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理，显著的资源和成本优势促使其有望在规模储能领域实现广泛应用。
开发高性能正极材料对于钠离子电池的发展与应用至关重要。
作为一类三维开框架结构材料，普鲁士蓝类似物可以实现钠离子可逆脱嵌，具有较高的理论比容量和工作电位。
同时，资源丰富、合成简便和环境友好等优势使得其在钠离子电池中具有很好的应用前景。
本文围绕普鲁士蓝类似物中极具应用前景的Na2MnFe(CN)6(MnHCF)和Na2FeFe(CN)6(FeHCF)两类材料展开了研究，通过PEDOT导电聚合物包覆提升了MnHCF的循环和倍率特性，结合合成温度和反应液成分调控实现了富钠FeHCF的制备。
主要工作总结如下：（1）MnHCF具有组成元素资源丰富、工作电位高、富钠结构易得等显著优势。
然而，其差的电子导电性导致了严重的电化学极化问题，同时在电化学循环过程中存在相变和过渡金属溶出等问题，造成电极循环性能较差。
针对以上问题，本文通过原位聚合法成功制备了MnHCF@PEDOT复合材料，一方面抑制了循环过程中的相变和过渡金属溶出，另一方面促进了电容存储行为，实现了循环和倍率性能的显著提升。
MnHCF@PEDOT在0.1 C时比容量高达147.9 mAh g-1，在20 C大倍率条件下仍保持90.2 mAh g-1，在10 C倍率1000次循环后，容量保持率达78.2％。
甚至在-10 ℃的低温下，MnHCF@PEDOT仍可提供87.0 mAh g-1的高比容量，500次循环后仍保持82.2％。
（2）FeHCF作为钠离子电池正极材料普遍存在初始钠含量低的瓶颈问题。
本文系统研究了反应液中合成温度、NaCl浓度等对FeHCF初始钠含量、形貌、结构和循环性能的影响。
结果表明，提升合成温度有助于降低样品的缺陷含量、提升初始钠含量。
本科论文题目：化学电池的研究学院：专业：年级：姓名：通过前人的研究得知化学电池是将化学能直接转变为电能的装置。
而这一理论历了伏特的“伏特电堆”，才有化学电池（原电池和蓄电池两种）的问世。
而化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）;铅酸蓄电池碱性氢氧燃料电池磷酸型燃料电池等等。
这些电池的问世既给社会带来好的一面，同时也带来一些弊端。
生产生活中我们要正确对待它。
毕竟，“化学电池是把双刃剑”。
关键词：化学电池；发展史；种类；废电池处理化学电池是将化学能直接转变为电能的装置。
它在人们日常生活中的应用范围极其广泛。
现在我们就对化学电池工作原理（主要部分是电解质溶液、浸在溶液中的正、负电极和连接电极的导线）、种类以及它对环境、对人类健康污染源头的认识一定要到位。
只有做到这些我们才能正确的使用好化学电池、才能从本质上对废电池做正确的处理,也只有做到这些、我们的处理方法才会更妥当、化学电池对我们的健康、对环境、才会更有利、才能为我们的生活带来福音。
也只有这样，我们对它的处理才不会违背可持续发展、科学发展观、和谐发展的理念。
化学电池才会有更好的发展前景，我们的明天才会更加的美好。
一化学电池的发展史简介1799年，伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。
于是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来。
用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。
伏特用这种方法成功的制成了世界上第一个电池——―伏特电堆‖。
这个―伏特电堆‖实际上就是串联的电池组。
它成为早期电学实验，电报机的电力来源。
1836年，英国的丹尼尔对―伏特电堆‖进行了改良。
他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出第一个不极化，能保持平衡电流的锌—铜电池，又称―丹尼尔电池‖。
此后，又陆续有去极化效果更好的―本生电池‖和―格罗夫电池‖等问世。
但是，这些电池都存在电压随使用时间延长而下降的问题。
天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池 学 院 化工学院 专 业 生物工程 年 级 2015级本科一年级 姓 名 冯国政 学 号 ********** 指导教师 王为 2016年5月14日 天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池 天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池
1 浅谈生物电池
摘要 从我们读到的文献上发现目前生物电池按照作用机理可以大致以下两类。
一是生物质产氢，然后利用氢能进行发电。二是生物直接在电极将有机物（如糖类）氧化，进行直接发电。按照产电的主体划分又可以分为酶燃料电池和微生物燃料电池。本文将主要讨论生物电池的历史、微生物燃料电池、酶生物燃料电池，还将对生物电池的前景进行展望。
1 生物电池的历史 早在1910年，英国植物学家就将铂作为电极置于大肠杆菌的培养液里，成功地制造出了世界上第一个细菌电池。1984年，美国科学家设计出一种用于太空飞船的细菌电池，其电极的活性物来自宇航员的尿液和活细菌。但当时的细菌电池发电效率较低。到了20世纪80年代末，细菌发电取得重要进展，英国化学家让细菌在电池组里分解分子以释放电子并向阳极运动产生电能。他们在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液来提高生物系统输送电子的能力，而在细菌发电期间还需朝电池里不断充气并搅拌细菌培养液和氧化物的混和物。理论上，利用这种细菌电池每100g糖可获得1352930库仑的电能，其效率可达40%远高于当时使用的电池的效率，而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2A电流，且能持续数月之久。利用细菌发电原理，人们正在构想建立细菌发电站。比如，基于10m见方的立方体容器内的细菌培养液，可建立起一个1000kW的细菌发电站，每小时耗糖量为200kg。发电成本虽然高一些，但这是一种对环境无污染的“绿色”电站。且随着技术的发展，完全可用诸如锯末、秸秆、落叶等废有机物的水解物来代替糖液。因此，细菌发电的前景十分诱人。[1]
2 微生物燃料电池 2.1 微生物燃料电池的原理 微生物燃料电池本质上是收获微生物代谢过程中产生的电子并引导电子产生电流的系统。（如图1）微生物燃料电池的功率输出取决于系统传递电子的数量和速率以及阳极与阴极间的电位差。由于微生物燃料电池并非一个热机系统，避免了卡诺循坏的热力学限制，因此，理论上微生物燃料电池是化学能转化为电能最有效的装置，最大效率有可能接近100%。[2] 其基本原理是微生物可以通过各种途径从燃料（葡萄糖、蔗糖、乙酸盐、废水）中获取电子，并将电子从还原性物质（如葡萄糖）转移到氧化性物质（如氧）以获得能量。获得的能量可按下式计算： ∆G=-n×F×∆E 式中 ∆G——获得的能量 n——电子转移的数量 F——法拉第常数，96485C/mol 天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池 2 ∆E——电子供体和受体间的电势差。
图1 微生物电池基本原理 以葡萄糖作为燃料电池的燃料，阴阳两极的电化学反应式如下： 阳极：C6H12O6+6H2O→24H++24e-+6CO2 ①
阴极：6O2+24e-→12H2O ②
如式①、式②所示，在阳极室中，微生物通过呼吸作用催化底物脱氢，产生电子，此时阳极电极作为临时的电子受体吸收电子，并通过回路将电子传递到阴极表面，O2作为最终电子受体与通过质子交换膜传递过来的氢质子结合生成H2O。
阳极室内，微生物产电、产氢并进行传递，是微生物燃料电池产电的关键。从动力学因素看，微生物自主放电的活化势比较高，使其在电极表面的反应速率低。所以培养驯化产电效率高的菌种以及扩大阳极表面积，富集更多微生物，生成更大面积的生物膜，是提高电能的方法。 目前，人们围绕产电性能的提高，从电池结构的设计、电极材料的选择、产电产氢菌的培养以及对电解质溶液环境（如pH值、温度、离子强度等）的改变等各个方面进行研究取得了一定的成果。[3]
2.2 微生物燃料电池的优势 与传统电池技术相比，微生物燃料电池技术具有操作上和功能上的优势。 （1）它将底物直接转化为电能，保证了具有极高的能量转化效率。 （2）微生物燃料电池在常温常压甚至是低温环境条件下有效运作，电池维护成本低、安全性强。 （3）微生物燃料电池所产生的废气的主要成分是CO2，不会产生污染环境的副产物。 （4）微生物燃料电池具有生物相容性，利用人体内的葡萄糖和氧为原料的微生物燃料电池可以直接植入人体。 （5）在缺乏电力基础设施的局部地区，微生物燃料电池可以被广泛应用。在化石燃料日趋紧张、环境污染越来越严重的今天，微生物燃料电池以其良好的性能向我们展示了一个美好的发展前景。[4] 2.3 微生物燃料电池的研究进展 微生物燃料电池与微生物的呼吸密切相关。在微生物燃料电池中，微生物氧化有机物，然后把氧化过程中产生的电子通过电子传递链传递到燃料电池电极上产生电流，同时微生物在电子传递过程中获得能量支持生长，这一过程被认为是一种新的微生物呼吸方式，即以电极为唯一电子受体的呼吸产能过程。电子从电子天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池 3 供体到Cytochrome c传递过程中产生的能量用于细胞的生长和代谢，而电子从Cytochrome c到O2传递产生的能量可以转化MFC的电能.所以说微生物呼吸是MFC的重要理论基础。 利用电极作为唯一电子受体的发现，给MFC的研究与开发带来光明的前景。因为微生物产电不是与其生存直接相关的自然选择压力，只是厌氧呼吸过程的延伸。所以微生物的产电效率在自然条件下是很低的。因此对现有的产电微生物进行驯化改良是进一步提高产电微生物的产电效率重要一步。其主要途径之一是对微生物进行基因工程改造，例如增加某个基因过量表达与电极直接接触的膜蛋白，提高电子传递率。另外还可以通过增加选择压力, 迫使微生物本身向着高产电效率的方向进化。对于产电微生物的驯化目前还没有大的进展。[5]
3 酶生物燃料电池
3.1 酶生物燃料电池的原理及现状 在早期的生物燃料电池系统中，更多地用气体扩散电极与酶阳极或阴极相匹配，用两种不同酶电极的酶燃料电池较少。近年来，随着修饰酶电极技术的发展，大多数酶燃料电池研究工作均采用正、负电极均为酶电极的结构。此外，使用固定酶电极的酶燃料电池为了防止两电极间电极反应物与产物的相互干扰，一般将正、负电极用质子交换膜分隔为阴极区和阳极区，即两极室酶燃料电池，这与传统电池阴极/隔膜/阳极的结构相仿。（如图2）1999年出现的无隔膜酶燃料电池，取消了隔膜、电池外壳和相应的密封结构，可更方便地制备微型、高比能量的酶生物燃料电池。
图2 酶燃料电池的基本结构模型 3.2 酶燃料电池的研究进展 至今实用型酶燃料电池的开发尚处于基础研究阶段，真正的应用性成果还较少。由于生物传感器与酶燃料电池之间存在很多技术交叉，因此生物传感器研究也促天津大学化工学院电化学前沿课程结课论文——浅谈生物电池 4 进了酶燃料电池研究的发展，表现在固定酶电极的修饰材料、酶电极的稳定性、酶催化的选择性等方面。但与生物传感器使用时消耗能量不同，酶燃料电池是产生电能的装置，两者在工作电流(响应电流)、电压、工作稳定性、抗干扰性等方面的要求存在一定差别。 酶燃料电池需要在几个月甚至更长的时间内连续稳定工作，这不仅要求电极修饰材料具有一定的生物相容性，而且要求酶必须适应人体生理环境或其它使用环境，以保持长期工作下酶的催化活性。这对于氧化还原酶来说还比较困难，因此目前的酶燃料电池连续工作时间较短，一般在几天至一个月左右。电池寿命主要与酶的特性有关，温度、pH值、溶液中离子的组成与浓度等环境因素也会有很大影响。[6]
4 生物电池前景展望
4.1 对微生物燃料电池的前景展望 （1）在偏远地方为电子监控设备提供电能。这一应用有望可以在短期实现。华盛顿大学和俄勒冈州立大学的研究人员合作开发了一套利用海洋污泥的微生物燃料电池系统，这个系统能够有效的为海上分析检测设备提供电源。微生物燃料电池还可以在诸如深海底部和国土安全的军事“特殊区域”具有潜在用途。 （2）废水处理。在废水中，一般含有丰富的有机物质。利用MFC不仅可以净化水质，还可以发电。因此微生物燃料电池有望可以把废水处理变成一个有利可图的产业，是微生物燃料电池最有发展前景的方向。 （3）生物修复。通常情况下，为了促进有毒污染物的生物降解，加入电子供体或电子受体支持微生物的呼吸。电极可以作为电子受体支持微生物呼吸，达到降解污染物的目的。 随着微生物燃料电池在未来的不断进步和发展，将会有越来越多的应用领域。有人预测在宇航员的太空旅行中，可以用到太空废物支持微生物燃料电池产能。[7]
4.2对酶生物燃料电池的前景展望 酶燃料电池原料来源广泛、生物相容性好、在常温常压和中性溶液环境中工作、可以用多种天然有机物作为燃料，是一种可再生的绿色能源，可为微型电子装置提供电能。在疾病的诊断和治疗、环境保护以及航空航天等领域具有诱人的应用前景。 近几年，国内外对酶生物燃料电池的研究不断深入。酶燃料电池的进一步研究和发展需要多学科、多领域的研究人员的广泛参与，共同合作。相信酶燃料电池作为一种绿色能源会再能源和医疗等领域发挥巨大的作用。[8]
参考文献 [1]吴祖林,刘静. 生物质燃料电池的研究进展. 北京：电源技术1002-087X（2005）05-0333-08
