微生物燃料电池

微生物燃料电池介绍

我们日常常用的电池一般是化学电池。随着科学技术的发展，一种新的环保电池技术出现了，它就是微生物燃料电池。其是通过微生物将有机物中的化学能直接转化成电能。

微生物燃料电池基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

微生物燃料电池原理

微生物燃电池是藉由微生物的催化反应，将化学能（燃料）转换为电能的组件。典型的微生物燃电池是由阳极和阴极，以及一片质子交换膜所构成，微生物于阳极分解氧化燃料，并同时产生电子和质子，电子可经由外部电到达阴极，而质子则通过质子交换膜到阴极，在阴极会消耗电子和质子与氧结合产生水。这是以葡萄作为燃料，做为催化氧化还原反应的微生物，可简明微生物燃电池的反应。

附着在电极上的微生物，对燃电池而言，除分解槽中的燃料外，传递电子到电极表面也为重要的功能之一。发现附着在电极纤维上的嗜甜微生的生物膜，不仅具有将电极表面作为终端电子接受者的细胞构造，也具有在细胞膜运输电子与质子的功能，但这些机制的细节仍须加以研究，且细胞的附着性与细胞之间的讯息传递情形，对细胞生物学的領域而言，也是个重要但未知的学问（Palmore,2004）。

微生物燃料电池的应用

微生物燃料电池在提供电能、废水处理、生物修复、生物传感器等领域有较大应用潜力。 

微生物燃料电池的利用方向包括：

1、利用MPC电流与水中有机物之间的定量关系进行新型污水水质检测方法的研究；

2、利用MPC输出电能的特点进行新型能源的开发；

3、利用MPC的特殊环境对特殊性能的微生物进行驯化。

微生物燃料电池具有广泛的应用开发前景，但是燃料电池功率低束缚了微生物燃料电池的进一步发展。因此，解决微生物燃料电池发展的瓶颈因素，应依托生物电化学、深入研究非贵金属催化剂、阴阳极材料的优化、质子交换膜的改善、微生物的筛选和培育、生物膜固化技术、MFC机构的研究与开发。

微生物燃料电池的优点

理论上微生物燃料电池是化学能转变为电能Z有效的装置，Z大效率有可能接近。其优点如下：

1、原料广泛

可以利用一般燃料电池所不能利用的多种有机、无机物质作为燃料，甚至可利用光合作用或直接利用污水等。也就是说，地里的高粱秆，吃剩的香蕉皮，甚至是洗菜水都可以转变成电能。

2、操作条件温和

一般是在常温，常压，接近中性的环境中工作的。这使得电池维护成本低，安全性强。微生物的培养通常不需要苛刻的条件。

3、资源利用率高、无污染

既然微生物可以利用如此多的有机原料和无机原料，那么就不必担心要像烧火炉一样每天掏灰，而且不像直接燃烧那么乌烟瘴气，能量利用率也上了一个台阶。

微生物燃料电池的研究进展

目前，研究工作者已在微生物燃料电池设计和提高输出功率方面取得了较大进展，但要实现技术从实验室到工业化应用的转换仍面临不少难题。虽然目前已发现很多产电微生物，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YZ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重要组成部分。

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研究的一个重要方向，因此，研究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重要意义。ZG科学院成都生物研究所应用与环境微生物ZX李大平研究员课题组在微生物燃料电池的产电机制研究方面取得突破性进展。