文献检索课论文-微生物燃料电池电极材料的研究进展

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1、微生物燃料电池电极材料的研宄进展作者：桂**①化学工程学院②北京化工大学，北京100029*联系人，E-mail:***********@buct.cdu.cn摘要微生物燃料电池(MicrobialFuelCell，MFC)是将有机物转化为电能的装置，而电极材料对微生物燃料电池的产电性能起着重要作用。本文简单介绍了微生物燃料电池的发展历史及工作原理，详细说明了各种微生物燃料电池电极材料的结构特点、产电性能及应用情况。最后，对微牛物燃料电池的应用前景做出展望。关键词：微生物燃料电池，电极材料，产电性能微生物燃料电池是一种利用微

2、生物将废水中的有机物转化为电能的装詈.。早在1911年，英国杜伦大学植物学家M.C.Potter首先发现微生物具有产电功能，提出了微生物燃料电池这一概念。但是山于当时微生物燃料电池发展地十分缓慢。直到20世纪80年代，伦敦皇家学院的M.J.Allen和H.PeterBennetto对最初的微生物燃料电池做出来一系列变革性的改进，最终形成了沿用至今的微生物燃料电池基本模型。到了20世纪90年代，燃料电池产生新的突破，韩国科学技术研宂院的研宂员B-H.khn发现某些物种的细菌具有电化学活性，这意味着微生物燃料电池将不用介质就能将

3、电子转移到阳极。发展至今，微生物燃料电池越发受到科研工作者的重视，因为与其他有机产能技术相比，在操作和功能上，微生物燃料电池都具有明显的优势，比如说它既能保证能最转化的髙效率，而且工作条件温和，因为产物大多数为Co2等无害气体，所以又不需要进行废气处理。但是微生物燃料电池由于产电量小，产电性能不够高等因素影响其进行大规模产业化，当我们能做到微生物燃料电池大规模产业化时，对能源短缺的形势会带来意想不到的福音。木文对微生物燃料电池电极材料进行了综述，尽量全面的介绍最新的有关燃料电池电极材料的研宂。1微生物燃料电池的基本工作原理微

4、生物燃料电池依据氧化还原反应原理。如图1所示，在阳极室，有机燃料被氧化失去电子并且产生质子，电子直接或间接到达阳极材料，然后通过外电路到达阴极形成电流，而质子通过质子交换膜到达阴极室，然后氧化剂在阴极的电子被还原。虽然只是简单的氧化还原反应，在其间存在较为复杂的电子转移问题，根据电子转移方式不同可把微生物燃料电池分为直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池。直接微生物燃料电池燃料在电极上氧化，电子从燃料分子直接到电极上，此时，生物催化剂催化在电极表ifif的反应，而间接微生物燃料电池是有机燃料在电解质溶液或者其他地方被氧化，通

5、过一些介质的传递作用才使电子运输到电极上，这些有电子传递作用的介质叫做介体，在微生物燃料电池的研宄中具有S要意义。外电附應产物图1MFC工作原理2微生物燃料电池电极材料2.1阳极材料在微生物燃料电池中阳极材料是转移有机燃料分解释放的电子到外电路的枢纽。所以，阳极材料对微生物燃料电池的产电性能有至关重要的作用。理想的微生物燃料电池的阳极材料应该具有尽对能好的吸附电子的能力和导电性能。此外，微生物燃料电池的阳极还作为阳极室产电微生物的依附位置，起着富集具有电化学活性微生物的作用。改变阳极材料的种类和形状都对阳极材料的功能产生影响

6、，以下介绍儿种较阳极材料包拈发展较为成熟的,也有新近才发展起来的。2.1.1碳材料碳材料包栝天然石墨电极和人造石墨电极，但一般微生物燃料电池屮用到的是人造石墨电极。它很早就被座用于微生物燃料ill池中当做阳极材料，这得益于碳ill极多空的结构和高纯度、耐腐蚀、价格低等优点。由于其多空化，所以比表面积很大，宥益于微生物的富集，也适合电子在其屮转移。目前主流的炭电极材料是碳棒，碳布等，但是以炭纤维为基体的多空炭电极发展很迅速。例如，石墨刷电极由碳纤维构成，具有耐受腐蚀的金属核心，它的巨大的比表面积和多空结构赋予它高的能最密度，也

7、就是这些特性使它们在微生物燃料电池系统中能按规模放大m。我们还可以用纳米碳材料作为微生物燃料电池的阳极材料。纳米碳材料作为传统碳材料的一种发展和衍生，不仅继承了碳材料化学稳定性、导电性、生物相容性较好的普遍优点，同时具有更大的表面积有利于产电菌的附着，为胞外电子直接传递过程提供了更多的接触位点石墨烯电极也是很好的碳材料电极，它具有比表而积大，导电性优异，机械活性好，电催化活性高等优点。也正是由于石墨烯优异的导电性和大的比表面积以及好的牛物相容性，加强了微牛物与电极间的电子传递，增大了活性面积，利于生物膜的形成从而显著提高了电

8、池的功率输出［除Y石墨烯之外，碳纳米管也是很好的阳极材料，比如说，碳纳米管、活性炭以及柔性石墨作为阳极微生物燃料电池最大产电功率密度分别为402、354和274mW/m2,其中碳纳米管阳极产电功率密度最大。碳纳米管、活性炭以及柔性石墨作为阳极的微生物燃料电池内阻分别为263、301和38