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1微生物燃料电池的发展趋势摘要：简述了微生物燃料电池(MFC)的基本结构及运行原理，分析了MFC在替代能源和开发新型水处理工艺方面的应用前景。介绍了不同类型的燃料电池如车用质子交换膜燃料电池、航天飞行器用再生燃料电池、微生物燃料电池(MFC)的技术发展现状与研究热点，并指出了未来燃料电池的发展趋势。关键词：微生物燃料电池，微生物，新能源，生物传感器，水处理Abstract：Themicrobialfuelcell(MFC)ofthebasicstructureandoperationprinciple,analysisofMFCinalternativeenergyandthedevelopmentofnewwatertreatmenttechnologyandapplicationprospect.Describesthedifferenttypesoffuelcellssuchasvehicleprotonexchangemembranefuelcell,smallandmedium-sizedpowerplantwithasolidoxidefuelcell(SOFC),microbialfuelcell(MFC)technologydevelopmentandresearch,andpointsoutthefutureoffuelcellthedevelopmenttrendof.Keywords：microbialfuelcells,microorganisms,newenergy,biologicalsensors,watertreatment1引言微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化成电能的装置。利用MFC不仅可以直接将水中或者污泥中的有机物降解,而且同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子转化成电流,从而获得电能。2微生物燃料电池的工作原理微生物燃料电池的基本结构为阴极池加阳极池。根据阴极池结构的不同,MFC2可分为单池型和双池型2类；根据电池中是否使用质子交换膜又可分为有膜型和无膜型2类。MFC基本工作原理为:①在阳极池,水溶液中或污泥中的营养物在微生物作用下直接生成质子、电子和代谢产物,电子通过载体传送到电极表面。随着微生物性质的不同,电子载体可能是外源的染料分子、与呼吸链有关的NADH和色素分子,也可能是微生物代谢产生的还原性物质,如S2-和H2等。②电子通过外电路到达阴极,质子通过溶液迁移到阴极。③在阴极表面,处于氧化态的物质(如氧气等)与阳极传递过来的质子和电子结合发生还原反应。3微生物燃料电池应用研究进展3.1替代能源生物质制氢被认为是未来氢燃料电池的原料来源,而MFC与生物质制氢的共同特点是均以生物质作为原料,但在生物质制氢过程中,葡萄糖等生物质中还有相当部分的氢未被利用,而且氢气还只是从生物质获取能源的中间产品,而MFC则可以直接将葡萄糖中的氢全部消耗并转化成H2O,生物质转化成能源的效率较高。MFC作为新型能源开发的主要问题在于需进一步提高电池的输出功率密度及电极电子的传递效率。相信经过深入研究,MFC为一些只需要较小电量就能运行的遥控装置提供能源是可能的。3.2作为水处理的新工艺目前,以有机污水为燃料、回收利用污水中有机质的化学能一直是MFC研究中的主要目的,但在研究中,对于MFC处理后污水水质的监测结果使研究人员对以MFC工作原理为基础,开发新的污水处理工艺产生了浓厚兴趣。MFC在水处理工艺开发等方面均具有良好的应用前景,但在改善电极电化学性能、提高电池输出功率密度和降低电池成本等方面还需要继续深入探索。4燃料电池技术发展现状4.1车用质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池是燃料电池电动汽车的首选技术,它具有比功率高、启动快等特点。目前,影响燃料电池汽车商业化的主要技术难点来自于燃料电池的3寿命与成本。车用燃料电池耐久性欠佳,主原因是车载工况对燃料电池的影响,如频繁起停、快速变载等非稳态操作以及低温、杂质环境影响等,都会导致燃料电池加速衰减,引起寿命缩短。在降低成本方面,目前正在研制廉价的替代材料、低贵金属担量与非Pt催化剂、增强自增湿膜、烃类膜、可冲压成型的金属薄双极板等,以期进一步实现燃料电池的成本控制。此外,未来批量化生产技术将会有效地降低成本。4.2航天飞行器用再生燃料电池再生燃料电池(RFC)用作临近空间飞艇和空间站的主电源,引起了国际上的关注,目前正处于大力研发推进阶段。再生燃料电池由电解池和燃料电池组成,向日时太阳能发电并电解水,生成氢气与氧气贮存起来；背日时,燃料电池发电,生成水,水可以循环使用,并保持储能基本恒定。RFC具有高的比能量和比功率,使用中无自放电且无放电深度及电池容量的限制,产生的高压H2、O2不仅可用于空间站及卫星的姿态控制,还可以用于宇航员的生命保障,而且,储能物质又是极为安全廉价的纯水。目前,再生燃料电池存在的主要技术问题包括:①高活性氧电极催化剂的研究,金属催化剂表面和含氧物种的相互作用是电极反应活性大小的决定因素；②提高MEA界面结构稳定性,水电解的析氢、析氧过程容易导致膜电极组件(MEA)分层；③耐腐蚀扩散层材料的研究。4.3微生物燃料电池(MFC)微生物燃料电池是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化成电能的生物装置。利用不仅可以直接将水中或者污泥中的有机物降解,而且同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子转化成电流,从而获得电能。目前,MFC的发展处在初期阶段,研究重点仍然在单个MFC的生物学和电极材料理论与技术上。许多研究集中在MFC装置设计改进上以获得较大的功率输出,然而对MFC微生物产电能力和代谢过程电子向电极传递的机制的认识,有助于弄清生物学电子传递物质与电极间的相互作用和相容性,这是设计优良性能MFC系统和电极材料的基础。小结4与微生物燃料电池相比，燃料电池目前使用存在着成本仍偏高,利用率不太高的缺点，所以微生物电池有着广阔的应用前景。微生物燃料电池具有操作上和功能上的优势，微生物燃料电池具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。研究微生物电池是一件造福人类的伟大举措，我们应该投入更多的人力和物力。参考文献1蔡可心.燃料电池[J].农村电气化,2008,257,(10):48-49.2黄晓梅.燃料电池的研究与应用[J]湘电培训与教学,2007,(1):46-48.3蔡可心.燃料电池发电技术简介[J].农村电气化,2009,(1):53-54.4王萍,徐志兵.微生物燃料电池(MFC)技术及其发展前景的研究[J].节能技术,2008,152,(6):534-538.5张广柱,刘均洪.微生物燃料电池研究和应用方面的最新进展[J].化学工业与工程技术,2008,(8);27-31.6索春光,刘晓为.微型直接甲醇燃料电池的研究进展[J].电池工业,2008,(5):339-352.