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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。
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：清洁能源新途径随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，寻找可再生、清洁的能源替代品已成为当今社会的重要任务。
微生物燃料电池作为一种新兴的能源技术，具有巨大的潜力。
本文将介绍微生物燃料电池的原理、应用领域以及未来发展方向。
微生物燃料电池的原理微生物燃料电池是一种利用微生物代谢产生的电子来产生电能的装置。
其基本原理是通过微生物在阳极上进行氧化反应，释放出电子，并通过外部电路传输到阴极上，在阴极上与氧气反应产生水。
微生物燃料电池可以利用各种有机废弃物作为燃料，如废水、食品残渣等，实现废弃物资源化利用和能源回收。
微生物燃料电池的应用领域废水处理微生物燃料电池可以应用于废水处理领域。
传统的废水处理方法需要大量的能源和化学药剂，而微生物燃料电池可以利用废水中的有机物质产生电能，实现废水处理与能源回收的一体化。
这不仅可以降低废水处理的成本，还可以减少对环境的污染。
生物传感器微生物燃料电池还可以应用于生物传感器领域。
通过将特定的微生物与传感器结合，可以实现对环境中特定物质的检测和监测。
微生物燃料电池可以将微生物代谢产生的电子信号转化为可测量的电流信号，从而实现对目标物质的定量分析。
移动电源由于微生物燃料电池具有体积小、重量轻、可持续供电等特点，因此可以应用于移动电源领域。
例如，在野外探险、紧急救援等场景中，微生物燃料电池可以作为一种可靠的能源来源，为移动设备提供持久稳定的电力支持。
微生物燃料电池的未来发展方向提高能源转化效率目前微生物燃料电池的能源转化效率还比较低，需要进一步提高。
未来的研究可以从优化微生物的代谢途径、改进电极材料和结构等方面入手，提高微生物燃料电池的能源转化效率。
拓宽燃料种类目前微生物燃料电池主要利用有机废弃物作为燃料，未来可以拓宽燃料种类，如利用太阳能转化的光合细菌产生的有机物质作为燃料，进一步扩大微生物燃料电池的应用范围。
提高稳定性和可持续性微生物燃料电池在长时间运行过程中容易受到微生物活性的影响而导致性能下降。
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。
性能参数
使用微生物燃料电池产生的功率大小倚靠于生物和电化学这两方面的过程。
底物转化的速率
受到如下因素的影响，包括细菌细胞的总量，反应器中混合和质量传递的现象，细菌的动力学（p—max——细菌的种属特异性最大生长速率，Ks——细菌对于底物的亲和常数），生物量的有机负荷速率（每天每克生物量中的底物克数），质子转运中的质子跨膜效率，以及MFC 的总电势。
阳极的超极化
一般而言，测量MFCs的开放电路电势（OCP）的值从750mV～798mV。
影响超极化的参数包括电极表面，电极的电化学性质，电极电势，电极动力学以及MFC中电子传递和电流的机制。
阴极的超极化
与在阳极观测到的现象相像，阴极也具有显著的电势损失。
为了矫正这一点，一些讨论者们使用了赤血盐（hexacyanoferrate）溶液。
但是，赤血盐并不是被空气中的氧气完全重氧化的，所以应当认为它是一个电子受体更甚于作为媒介。
假如要达到可持续状态，MFC阴极最好是开放性的阴极。
进展
微生物燃料电池（Microbialfuelcell,MFC）是一种以产电微生物为阳极催化剂将有机物中的化学能直接转化为电能的装置，在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。
虽然目前已发觉很多产电微生物，如希瓦氏菌、地杆菌、克雷伯氏杆菌等，但这些菌种均只能在中性条件下产电。
理论上，碱性条件可以抑制甲烷的产生从而有利于电能输出，而且碱性废水是工业废水的紧要构成部分。
产电微生物如何将有机物代谢产生的电子传递到电极上一直以来是MFC讨论的一个紧要方向，因此，讨论碱性条件下的微生物产电机制对MFC的电能输出与碱性废水的生物处理均有紧要意义。
中国科学院成都生物讨论所应用与环境微生物中心李大平讨论员课题组在微生物燃料电池的产电机制讨论方面取得突破性进展。
他们从污染环境中分别出一株嗜碱性假单胞菌（Pseudomonasalcaliphila），
该菌株在碱性条件下能够分解有机物的同时产生电能，最佳pH为9.5。
通过讨论发觉，该菌株在MFC体系中代谢有机物的同时产生吩嗪—1—羧酸介体（phenazine—1—carboxylicacid，PCA），该介体起电子穿梭的作用从而实现电子从有机物到电极的传递过程。
