生物燃料电池底稿ppt.ppt

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1、生物燃料电池中若干关键问题重点：微生物燃料电池(少提一下：酶生物燃料电池）一：项目相关理论依据及概念生物燃料电池主要分为微生物和酶生物燃料电池两类，而污染的海水中富含微生物和少量酶生物，所以我考虑用污染的海水来做生物燃料电池的发电来源。以下介绍相关理论依据生物燃料电池1.概念燃料电池（fuelcell）：一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学装置。生物燃料电池（biofuelcell）：利用酶或者微生物组织作为催化剂，将燃料的化学能转化为电能的发电装置。MFC，英文全称为microbialfuelcell，

2、是以微生物作为催化剂将碳水化合物中的化学能转化为电能的装置。主要分为双室MFC和单室MFC。双室MFC由阳极区和阴极区组成，中间用质子交换膜分开。而单室MFC即省去了阴极区，阳极和阴极在同一个室内工作。生物燃料电池2.生物燃料电池的特点：原料来源广泛；操作条件温和；生物相容性好；生物燃料电池结构比较简单生物燃料电池3.分类工作方式：酶生物燃料电池和微生物燃料电池电子转移：直接生物燃料电池和间接生物燃料电池生物燃料电池几个概念酶生物燃料电池：先将酶从生物体系中提取出来，然后利用其活性在阳极催化燃料分子氧化，同时加速阴极氧的还原；微生

3、物燃料电池：指利用整个微生物细胞作催化剂，依靠合适的电子传递介体在生物组分和电极之间进行有效的电子传递。直接生物燃料电池：燃料在电极上氧化，电子从燃料分子直接转移到电极上，生物催化剂的作用是催化燃料在电极表面上的反应；间接生物燃料电池：燃料不在电极上反应，而在电解液中或其他地方反应，电子则由具有氧化还原活性的介体运载到电极上去。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，与电子受体（氧气）反应生成水。其阳极和阴极反应

4、式如下所示：阳极反应：(CH2O)n＋nH2OnCO2＋4ne-＋4nH+阴极反应：4e-＋O2＋4H+2H2O微生物燃料电池（MFC）的基本工作原理：PEM负载阳极室阴极室O2CO2H+e-e-e-H2Oe-H+有机物微生物图1.生物燃料电池工作原理生物燃料电池4.发展简史1911，英国植物学家potter，开创；剑桥大学cohen教授构建了微生物电池堆；1970，生物燃料电池概念确定；1980后，生物燃料电池输出功率有较大提高2002，bond发现特殊微生物地杆菌；2006，美国bruce教授、byung(韩国）和比利时wil

5、ly教授在MFC上做了大量研究。二:项目的研究内容,研究目标，以及拟解决的关键问题项目研究内容：用污染的海水来进行生物燃料电池的发电项目研究目标：找出一种工艺或设备来用污染的海水进行生物燃料电池的发电拟解决的关键问题：重点是解决发电效率低下，还有发电过程中内阻提高及传输过程中制约问题以下是研究的相关重点及难点：生物燃料电池1.产电微生物菌种的选择Electricigens:指那些能够在厌氧条件下完全氧化有机物成co2，然后把氧化过程中产生的电子通过电子传递链传递到电极上产生电流的微生物，同时微生物在电子传递过程中获得能量支持生长。

6、产电微生物种类：大肠杆菌、普通变形杆菌、枯草芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、嗜水气单胞菌等，从中选择产电效率高且可以建立互利共生关系的菌种生物燃料电池间接MFC：需要外源中间体参与代谢，产生电子才能传递到电极表面，如脱硫弧菌、普通变形杆菌和大肠杆菌等；直接MFC：代谢产生的电子可通过细胞膜直接传递到电极表面；如地杆菌、腐败希瓦式菌和铁还原红螺菌等；生物燃料电池2.微生物驯化MFC研究菌种大多单一菌种，来自菌种库或天然环境的混合菌；研究热点：驯化过程、底物性质与电池性能、优势微生物鉴定；常规做法：厌氧条件，直接用天然厌氧环境中的污泥、污水或

7、污水处理厂的活性污泥接种，将外电路连通后观察各种性能的变化，定期更换培养液直到MFC性能稳定。生物燃料电池3.电子传递（三种形式）细胞膜直接传递电子其电子直接从微生物细胞膜传递到电极，呼吸链中细胞色素是实际电子载体；提高电池功率，关键在于提高细胞膜与电极材料的接触效率。由中间体传递电子氧化态中间体还原态中间体排除体外电极表面被氧化生物燃料电池电子传递机理：1）细胞通过其细胞膜外侧的细胞色素C将呼吸链中的电子直接传递到阳极，如异化还原铁地杆菌、铁还原红螺菌等；2）细菌通过其纳米级的纤毛或菌毛实现电子传递，该菌毛或纤毛称为纳米电线（n

8、anowire）。生物燃料电池微生物燃料电池结构及改进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墨、碳纸、碳布、铂、铂黑、网状玻碳必需阳极室玻璃、聚碳酸脂、有机玻璃必需阴极室玻璃、聚碳酸脂、有机玻璃非必需质子交换膜质子交换膜