目前,人类正面临着日益严重的能源短缺和环境污染问题。为了实现可持续发展,人们一直致力于寻找清洁可再生能源。拥有庞大家族,繁殖速率快,具有特殊新陈代谢途径的微生物进入了人们的视野。微生物燃料电池 ( m icr obial f uel cell ,MF C) 是利用微生物将燃料中的化学能直接转化为电能的理想产电装置。MFC与常规电池相比,利用微生物取代了昂贵的催化剂。具有以下优点:(1)燃料来源广泛,多为有机物,可以与污水治理相结合;(2)环境友好型,没有酸、碱、重金属离子污染;(3)反应条件温和,常温常压下即可运行。微生物燃料电池的理论功率虽然很高,但在实际应用中却比常规燃料电池相差很多。对于如何降低微生物燃料电池内阻,提高输出功率成为目前研究热点。
MF C 的基本结构与其他类型燃料电池类似 , 由阳极室和阴极室组成 。 根据阴极室结构的不同可分为单室型和双室型 , 根据两室间是否存在交换膜又分为有膜型和无膜型 。 MF C 的基本产电原理由 5 个步骤组成 : (1) 底物生物氧化:底物于阳极室在微生物作用下被氧化 , 产生电子 、 质子及代谢产物 ; (2) 阳极还原:产生的电子从微生物细胞传递至阳极表面 ,使电极还原 ; ( 3) 外电路电子传输电子经由外电路到达阴极 ; (4) 质子迁移:产生的质子从阳极室迁移至阴极室 , 到达阴极表面 ; ( 5) 阴极反应:在阴极室中的氧化态物质即电子受体 ( 如氧气等)与阳极传递来的质子和电子于阴极表面发生还原反应 ,氧化态物质被还原 。 电子不断产生 、 传递 、 流动形成电流 ,完成产电过程 。