微生物燃料电池

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1、日期：2017.12.20汇报人：xxx微生物燃料电池（MFC）217MFC（microbialfuelcell）：利用微生物的作用进行能量转换(如碳水化合物的代谢或光合作用等)，把呼吸作用产生的电子传递到电极上的装置。在微生物燃料电池中用微生物作生物催化剂，可以在常温常压下进行能量转换。SMFC：沉积物微生物燃料电池MEC(MicrobialElectrolysisCell):生物电解池PEM(ProtonExchangeMembrane):质子交换膜概念1研究背景与发展现状2微生物燃料电池概述3微生物燃料电池的应用4未来研究趋势及展望5基础研究案例分析目录

2、CONTENTS研究背景目前,解决日趋严重的环境污染问题和探寻新的能源是人类社会能够完成可持续发展的两大根本性问题。化石燃料的的使用大气污染：酸雨，光化学烟雾，温室效应等土壤污染：重金属沉积等水环境污染：含矿废水因此，寻求可再生的新能源已引起广泛的关注，微生物燃料电池是一种可以实现能量转换及产能的新概念的装置。在此情况下微生物燃料电池作为一种可利用有机废物产能的装置正走向世界能源的舞台。1910年20世纪80年代末期1991年2002年后开始出现使用微生物燃料电池处理生活污水的范例，然而，直到最近几年用MFC处理生活污水得到的电池功率才有所增强；采用电子传递介

3、体的微生物燃料电池的研究全面开展；英国植物学家马克·比特发现将铂电极放在大肠杆菌和酵母菌的培养液中，发现可以产生电流，由此拉开了微生物燃料电池研究的序幕；发展现状1910年20世纪80年代末期1991年2002年后发展现状人们发现一些细菌可以直接将电子传递给固体导体，如阳极，由此提出了无需外加电子传递介体的微生物燃料电池，使微生物燃料电池的研究又进一步有了突飞猛进地发展。近几年,MFC的研究已经成为治理和消除环境污染源,开发新型能源研究工作者的关注热点。1研究背景与发展现状2微生物燃料电池概述3微生物燃料电池的应用4未来研究趋势及展望5基础研究案例分析目录CO

4、NTENTSMFC的基本原理PEM负载阳极室阴极室O2CO2H+e-e-e-H2Oe-H+有机物微生物图1.微生物燃料电池工作原理Fig.1Theworkingprincipleofamicrobialfuelcell有机物作为燃料在厌氧的阳极室中被微生物氧化，产生的电子被微生物捕获并传递给电池阳极，电子通过外电路到达阴极，从而形成回路产生电流，而质子通过质子交换膜到达阴极，与氧反应生成水。其阳极和阴极反应式如下所示：阳极反应：(CH2O)n＋nH2OnCO2＋4ne-＋4nH+阴极反应：4e-＋O2＋4H+2H2OMFC的基本原理微生物燃料电池的分类异养光能

5、异养沉积物型异养微生物燃料电池是指厌氧菌代谢有机物产生电能；光能异养微生物燃料电池是指光能异养菌(如藻青菌)利用光能和碳源作底物，以电极作为电子受体输出电能；沉积物微生物燃料电池是微生物利用沉积物相与液相间的电势差产生电能。微生物燃料电池的分类根据营养类型微生物燃料电池的分类依据微生物燃料电池的外型分类双室微生物燃料：电池构造简单，易于改变运行条件(如极板间距，膜材料，阴阳极板材料等)。单室微生物燃料：电池直接以空气中的氧气作为氧化剂，阴极不需要曝气，阴阳极板之间可以不加质子交换膜，结构简单成本低，但库仑效率一般都很低，只有30％。介体微生物燃料电池微生物细胞

6、膜含有肽键或类聚糖等不导电物质，对电子传递造成很大阻力，需要借助介体将电子从呼吸链及内部代谢物中转移到阳极。在微生物燃料电池中加入适当的介体，会显著改善电子的转移速率。介体应该具备的特性介体的氧化态易于穿透细胞膜到达细胞内部的还原组分；其氧化还原式量电位要与被催化体系的电位匹配；其氧化态不干扰其它的代谢过程；其还原态应易于传过细胞膜而脱离细胞；其氧化态必需是化学稳定的、可溶的，并且在细胞和电极表面均不发生吸附；其在电极上的氧化还原反应速率非常快、且有很好的可逆性。微生物燃料电池的分类无介体微生物燃料电池指微生物燃料电池中的细菌能分泌细胞色素、醌类等电子传递体，

7、可将电子由细胞膜内转移到电极上。可使用微生物目前发现的这类细菌有腐败希瓦菌(Shewaulellaputrefaciens)、地杆菌(Geobacteraceae），酸梭菌(Clostridiumbutyricum)及(RhodoferaxFerrireducens)、粪产碱菌(Alcaligenesfaecalis)，鹑鸡肠球菌(Enterococcusgallinamm)和铜绿假单胞菌(PseudomonaSaemginosa)等。微生物燃料电池的分类微生物燃料电池的组成微生物燃料电池的组成组成成分原料标注阳极石墨、碳纸、碳布、铂、铂黑、网状玻碳必需阴极石

8、墨、碳纸、碳布、铂、铂黑、网状玻碳必需