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微生物燃料電池技術 新型生物質能源技術與利用課程論文微生物燃料電池技術摘要：微生物燃料電池（mfc）作為一種新型的環(huán)境生物技術，因其能很好地將有機污染物處理和能源制備結合在一起而引起各國學者的廣泛關注和研究。本文就微生物燃料電池的發(fā)展歷程，特點，工作原理，影響微生物燃料電池的因素以及微生物燃料電池的應用實例和應用前景以及目前存在的問題。最后對本文進行了一些總結和展望。關鍵詞：微生物燃料電池；工作原理；應用前景；microbial fuel cell technologyabstract:microbial fuel cell (mfc), as a novel environmental biotechnology, has perfectly combined organic pollutant removal with simultaneous energy production, attracting numerous researchers attentions. in this paper, the course of development , characteristics, working principle of microbial fuel cell, the factors that affect the microbial fuel cell, as well as microbial fuel cell application examples and future applications and existing problems. finally, this article makes some summary and outlook.keywords: microbial fuel cells; working principle; application prospects1. 引言隨著全球氣候變暖和化石燃料耗竭等問題的日益嚴峻，可替代能源和可再生能源的研究受到越來越多的重視。構建多樣的、更穩(wěn)定的能源系統(tǒng)，已成為各國可持續(xù)發(fā)展和國家戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽能、風能、生物質能等可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方興未艾1。而能源緊張和環(huán)境污染是我國現(xiàn)代社會可持續(xù)發(fā)展面臨的兩大主要挑戰(zhàn)。1975年的世界人口比1925年增加了一倍，世界能源的總消耗量卻增長了4.5倍，并且隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源的消耗必將呈現(xiàn)持續(xù)增加的狀態(tài)。研究表明，每十年人類消耗的能源總量將翻一倍，并且在未來十年能源消耗的總量將等同于自古至今人類消耗的能源總量2。隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，對能源的大量消耗而導致環(huán)境質量的嚴重惡化，尤其是碳排放增加引起的溫室效應將對全球氣候長期影響。面對能源供應持續(xù)偏緊、能源價格高、能源開發(fā)利用與環(huán)境保護的矛盾突出和能源利用效率較低等嚴峻形勢，全世界必將為能源付出更大的代價3。因此，一種將化學能轉化為電能并且能夠處理污染物的微生物電池技術正在興起，下面本文就微生物燃料電池的原理，應用前景及存在問題展開論述。2. 微生物燃料電池的概述2.1. 定義微生物燃料電池(mfc)是一種以微生物為陽極催化劑，將化學能直接轉化成電能的裝置。利用mfc不僅可以直接將水中或者污泥中的有機物降解，而且同時可以將有機物在微生物代謝過程中產(chǎn)生的電子轉化成電流從而獲得電能。2.2. 發(fā)展歷程縱觀微生物燃料電池的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了幾種形式的變革4。早期的微生物燃料電池是將微生物發(fā)酵的產(chǎn)物作為電池的燃料，如從家畜糞便中提取甲烷氣體作為燃料發(fā)電。1910年， 英國植物學家potter首次發(fā)現(xiàn)細菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流， 并制造出世界上第一個mfc，由此拉開了mfc研究的帷幕。此后，航天領域的發(fā)展、電子傳遞中間體的廣泛應用、mfc發(fā)電技術的突破等加快了mfc研究的步伐。20世紀60年代末以來，人們將微生物發(fā)酵和產(chǎn)電過程合為一體。20世紀80年代后，由于電子傳遞中間體的廣泛應用，微生物燃料電池的輸出功率有了較大提高，使其作為小功率電源而使用的可行性增大，并因此推動了它的研究和開發(fā)。2002年后，隨著直接將電子傳遞給固體電子受體的菌種的發(fā)現(xiàn)，人們發(fā)明了無需使用電子傳遞中間體的微生物電池，其中所使用的菌種可以將電子直接傳遞給電極。由于微生物燃料電池能夠長時間提供穩(wěn)定電能，所以它在諸如深海底部和敵方境內的軍事裝備這些“特殊區(qū)域”具有潛在用途5。bond等6研究發(fā)現(xiàn)存在能直接將電子傳遞給固體電極受體的微生物，使得直接mfc得以廣泛研究。近年來，liu等7利用mfc反應器進行產(chǎn)氫，為氫能的獲取提供了新思路。至此，mfc已成為治理污染、開發(fā)新能源方面的研究新熱點。2.3. 特點微生物燃料電池(microbial fuel cell，簡稱mfc)，是以微生物為催化劑將化學能直接轉化為電能的燃料電池。由于它在能量轉化過程減少了燃燒步驟，因而可大幅提高能量轉化效率。同常規(guī)燃料電池相比，mfc以微生物代替昂貴的催化劑，因而具有更多優(yōu)點：1)常溫常壓條件下運行；2)無需為防止催化劑中毒提純燃料；3)原料來源更廣泛，理論上，所有可生物降解的有機物都可作為mfc的燃料，因而可利用污水中的有機污染物發(fā)電；4) 微生物燃料電池不需要進行廢氣處理，因為它所產(chǎn)生的廢氣的主要組分是二氧化碳，一般條件下不具有可再利用的能量；5) 微生物燃料電池不需要輸入較大能量，因為若是單室微生物燃料電池僅需通風就可以被動的補充陰極氣體；6）在缺乏電力基礎設施的局部地區(qū)，微生物燃料電池具有廣泛應用的潛力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性；7)能量利用的高效性：微生物燃料電池是將來熱電聯(lián)用系統(tǒng)的重要組成部分，使能源利用率大大提高；8)生物相容性：利用人體內葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體，作為心臟起搏器等人造器官的電源。mfc在處理有機廢物的同時產(chǎn)生電能，相比傳統(tǒng)的耗能污水處理工藝可有效降低運行成本8。3. 微生物燃料電池的原理3.1. 微生物燃料電池的工作原理mfc通常由陽極、陰極和膜組成，系統(tǒng)示意圖如圖3-1所示。氧化底物在微生物的催化作用下，在陽極室內被氧化，產(chǎn)生的電子傳遞到陽極，再通過連接陰陽兩極的導線傳遞給陰極；質子通過質子交換膜或者直接通過電解質到達陰極，在陰極催化劑的作用下與電子和o2反應生成水9。圖3-1 微生物燃料電池系統(tǒng)組成示意圖（1）在陽極池，水溶液中或污泥中的營養(yǎng)物在微生物作用下直接生成質子、電子和代謝產(chǎn)物，電子通過載體傳送到電極表面。隨著微生物性質的不同，電子載體可能是外源的染料分子、與呼吸鏈有關的nadh和色素分子，也可能是微生物代謝產(chǎn)生的還原性物質，如s2-和h2等。（2）電子通過外電路到達陰極，質子通過溶液遷移到陰極。（3）在陰極表面，處于氧化態(tài)的物質(如氧氣等)與陽極傳遞過來的質子和電子結合發(fā)生還原反應。微生物在陽極產(chǎn)生的電子、質子要傳到陰極才能產(chǎn)生電能。目前已發(fā)現(xiàn)的微生物還原電極的方式主要有以下3種：1)直接接觸機制；2)通過氧化還原介體作為電子穿梭體；3)利用納米導線遠距離傳遞電子（圖3-2）1,10。圖3-2 mfc中微生物向電極傳遞電子的主要機制3.2. 微生物燃料電池的分類根據(jù)電子從細菌到電極轉移方式的不同，微生物燃料電池可分為間接mfc和直接mfc。間接mfc是指微生物的細胞膜對電子傳遞造成很大阻力，電池要借助介體將電子從呼吸鏈及內部代謝物中轉移到陽極。直接mfc是指mfc的細菌能分泌細胞色素等電子傳遞體，可將電子由細胞膜內轉移到電極上11。3.2.1. 間接微生物燃料電池微生物電池以葡萄糖或蔗糖為燃料，利用介體從細胞代謝過程中接受電子并傳遞到陽極。理論上講，各種微生物都可能作為這種微生物燃料電池的催化劑。微生物細胞膜含有肽鍵或類聚糖等不導電物質，電子難以穿過，導致電子傳遞速率很低，因此，盡管電池中的微生物可以將電子直接傳遞至電極，但微生物燃料電池大多需要氧化還原介體促進電子傳遞。圖3-3所示為間接生物燃料電池的工作原理：所示為間接微生物燃料電池的陽極工作原理示意圖，底物在微生物或酶的作用下被氧化，電子通過介體的氧化還原態(tài)的轉變從而將電子轉移到電極上12。圖3-3 間接微生物燃料電池工作原理對于間接微生物燃料電池運行時，代謝產(chǎn)物會導致微生物與電極之間的電子傳遞通道受阻，導致電子的傳遞量和傳遞速率大大降低，影響mfc性能。大量研究表明，若在電子傳遞過程中添加氧化還原介體，能有效促進電子傳遞，提高電池輸出功率密度，所以氧化還原介體成為電子傳遞的關鍵環(huán)節(jié)，充當介體應具備如下條件13：容易通過細胞壁；容易從細胞膜上的電子受體獲取電子；電極反應快；溶解度、穩(wěn)定性等要好；對微生物無毒；不能成為微生物的食料。這些介體主要為中性紅14、2， 6-蒽醌、二磺酸、硫堇、鐵氰化鉀，甲基紫精等，它們在實現(xiàn)電子轉移的同時，提高電子轉移的速度，提高電池性能。另外，有研究發(fā)現(xiàn)少數(shù)微生物自身能生成氧化還原介體，如綠膿菌素以及由銅綠菌素假單胞菌(p seudomonasaer uginosa)產(chǎn)生的相關化合物，同樣可以將電子轉移到電極，使得m fc產(chǎn)生電能9,11。3.2.2. 直接微生物燃料電池微生物細胞膜含有類脂或肽聚糖等不導電物質，電子難以穿過。因此微生物燃料電池大多需要介體，介體對細胞膜的滲透能力是電池庫侖效率的決定因素。由于常用介體價格昂貴，且需要經(jīng)常添加，氧化還原介體大多有毒且易分解，這在很大程度上阻礙了微生物燃料電池的商業(yè)化進程。因此間接mfc不適合用作一種簡單的長期能源15。自從發(fā)現(xiàn)細菌可以在沒有介體的情況下， 同樣能實現(xiàn)較高電池功率輸出后， mfc的研究出現(xiàn)新突破， 直接mfc開始引起人們的關注。近年來，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)幾種特殊的細菌，此類細菌主要有: 金屬還原地桿菌( geobactermetallir educens )、嗜水氣單胞菌( aeromonas hydrophila)、鐵還原紅螺菌( rhodoferax ferrireducens )和腐敗希瓦菌( shewanella putrefaciens )等9。這類細菌可以在無氧化還原介體存在的條件下，將電子傳遞給電極從而產(chǎn)生電流。另外，從廢水或海底沉積物中富集的微生物群落也可用于構建直接微生物燃料電池。無介體生物燃料電池的出現(xiàn)大大推動了燃料電池的商業(yè)化進展。圖3-4所示為直接微生物電池的結構示意圖：電子不通過介體而通過燃料直接傳遞給電子受體12。圖3-4 直接微生物燃料電池結構示意圖3.3. 微生物燃料電池的影響因素16目前，主要以輸出功率作為衡量微生物燃料電池性能優(yōu)劣的重要標準。輸出功率的大小主要取決于電子在微生物和電極之間的轉移效率、電極表面積、電解液(陽極液和陰極液以及pem)的電阻和陰極區(qū)的反應動力學等因素。這可歸為3類：(1)動力學因素，陽極和陰極反應活化能的因素； (2) 內阻的因素，主要來自電解液的離子阻力，電極與接觸物質產(chǎn)生的電阻，以及pem所產(chǎn)生的內電阻； (3) 傳遞因素，反應物到微生物活性位的傳質阻力和陰極區(qū)電子最終受體的擴散。3.3.1. 動力學因素微生物燃料電池來自動力學制約的主要表現(xiàn)是活化電勢較高，致使在陽極或者陰極上的表面反應速率較低，難以獲得較高的輸出功率。因此，這是研究的關注點之一。在電池陽極區(qū)，解決動力學制約的途徑包括：其一，盡管選擇的菌種在相當程度上影響微生物的富集速度，但并不能最后決定電池的最終輸出功率，而起決定性作用的是選擇產(chǎn)電效率高的菌種。例如文獻17指出，選擇厭氧好氧混合污泥作為菌種來源，葡萄糖為燃料的電池，經(jīng)3個月的微生物培養(yǎng)和馴化后，電能轉化率達到了初期的8倍。其二，利用某些菌種可將其它菌種的生成物質作為介體物質的特點，通過選擇適合的不同菌種進行復合培養(yǎng)，使之在電池中建立這種所謂的共生互利作用，也可獲得較高的輸出功率，其電流密度是單菌培養(yǎng)的6倍。其三，對于那些能通過膜直接將電子傳遞給陽極的菌種，可以采用較大表面積陽極。這樣伴隨著微生物的生長，會在陽極表面生成更大面積的生物膜，電能轉化率也會隨之快速提高。logan18還將生物膜從工作的電極移植到的新電極上，也能顯著提高新電極微生物的生物活性，提高輸出功率。在電池陰極區(qū)，電子最終受體在電極上的還原速率也是決定電池輸出功率的重要因素。文獻19涉及的研究表明，采用鍍鉑或者經(jīng)鉑修飾后的石墨電極具有較高的催化活性，能明顯降低活化電勢。3.3.2. 內阻因素mench20指出，內電阻的微降會顯著地提高輸出功率，這說明內電阻在提高電池的輸出功率方面具有重要作用。電阻主要表現(xiàn)為具有較高的歐姆超電勢。歐姆超電勢來源于電子流和質子流的直接傳質阻力，該阻力主要是由于電極與接觸物質間存在著接觸電阻，電解液與pem膜對質子構成的阻力。因此，對電極和膜合理設計，或者選用性能更好的交換膜是減少傳質阻力的有效方法21。（1）pem對內阻的影響。當pem面積小于電極面積，會增加電池的內阻，從而限制電池的輸出功率；如果pem表面積足夠大，pem對功率的影響可以忽略不計，即pem對內阻的影響接近為零。pem對輸出功率的影響與電極表面積對功率的影響比較，pem面積大小也是影響微生物燃料電池最大輸出功率的重要因素之一。liu等22設計的膜固定于陰極的微生物燃料電池，在連續(xù)處理污水的過程中得到了26mw/m2的輸出功率;而他們設計的無pem系統(tǒng)，內電阻被降低后， 也得到了146mw/m2的最大輸出功率。（2）pem和電極的空間距離對內阻的影響。陽極和陰極越接近越對內阻降低有利。min等23研制了一種平板系統(tǒng)，將陽極和陰極分別固定在pem的兩側，在處理連續(xù)流污水的過程中，能獲得76mw/m2的輸出功率。雖沒有達到無pem 電池的輸出功率，但證明電極的空間位置和有無pem都是影響輸出功率的重要因素。（3）電極間距離和電極表面積對系統(tǒng)內電阻的影響。電極間距離和電極表面積對系統(tǒng)內電阻的影響。zhen24設計了上流式微生物燃料電池(umfc)使用了與之相同的pem 和電極材料，但其電池的內電阻卻是后者的27倍。umfc內阻主要是因為兩個電極間距離較遠，使質子在電解液中傳遞時遇到的阻力變大。另外，陰極表面積和電極溶液的離子強度也是影響電池內阻的重要因素。logan等25通過向培養(yǎng)基中添加kcl來增加培養(yǎng)基的離子強度以增強溶液的導電性，從而提高輸出的功率。3.3.3. 傳遞因素反應物到微生物活性位間的傳質阻力和陰極區(qū)電子最終受體的擴散速率是電子傳遞過程中的主要制約因素。雖然氧作為陰極反應的電子受體時，具有易于獲得、反應的最終產(chǎn)物為水和不存在后處理的優(yōu)勢，但其最大的問題就是在水中的溶解度較低，傳質速率較小，影響著陰極反應速率。所以研究中通常采用鐵氰酸鹽來作為最終電子受體，以獲得更大的輸出功率和電流。一般認為這是由于鐵氰酸鹽相對于氧來說具有更大的傳質效率。另外，設計空氣陰極微生物燃料電池是解決傳遞問題的有效途徑，也是今后的重要發(fā)展方向。另外，反應器攪拌情況、微生物的最大生長率、微生物對底物的親和力、生物量負荷、操作溫度和酸堿度均對微生物燃料電池內的物質傳遞有影響。4. 微生物燃料電池的應用4.1. 微生物燃料電池的應用實例124.1.1. 與mems結合的微生物燃料電池美國加州大學berkerley分校機械工程系的lin出于對無污染的汽車能源和家用能源的研究，注意到了微生物燃料電池。其研究表明，微生物燃料電池完全可以做到更小的尺度。lin的燃料電池目前已能達到0.07cm2面積大小，使用的燃料為葡萄糖，催化劑為cerevisiae酵母。這種微生物燃料電池的原型中有一個微小的空室，用于放置進行發(fā)酵作用的微生物。葡萄糖溶液通過平行的流體槽道進入到這個微小空室中。在微生物進行發(fā)酵的過程中，產(chǎn)生氫質子和電子。lin的實驗中，在長達兩個小時的過程中，該微生物燃料電池產(chǎn)生了300mv的電壓。這種微型生物燃料電池產(chǎn)生的電壓，已足以驅動mems（microelectrom echanical system）器件，同時，微生物燃料電池產(chǎn)生的只是二氧化碳和水分，對mems器件不會有污染和侵蝕所以mems和微生物燃料電池mfc的結合大有可為。這兩種技術的融合，可能是未來微機械和微型燃料電池的一個具有發(fā)展前途的方向。例如在微型的自維持型醫(yī)療器械上，若能有一個微生物燃料電池驅動的微型血糖濃度檢測儀。則可將其植入到某一血管管壁上，在其提取血液中的血糖做分析時，可通過自帶的微生物燃料電池，提取小部分的血糖，利用其中的葡萄糖發(fā)電，一方面維持自身的能量，另一方面則可以產(chǎn)生電磁信號，向外界傳遞關于血糖濃度的信息，從而達到長時間監(jiān)測血糖的功能。類似的關于生物體內部的檢測裝置，均可采用mems和mfc技術的結合，由此實現(xiàn)對生物體內部參數(shù)的長期(實時的觀測) 進一步的，或許可以發(fā)展出微型的醫(yī)療設備，對生物體內部進行排毒。由于此時所采用的是微型的生物燃料電池，能源直接來自于生物體內部，所以不會產(chǎn)生“多余”物質，從而可避免對生物體的感染和傷害26。4.1.2. 處理污水的微生物燃料電池近日由美國賓夕法尼亞州立大學的科學家洛根率領的一個研發(fā)小組宣布他們研制出一種新型的微生物燃料電池?？梢园盐唇?jīng)處理的污水轉變成干凈用水和電源。在發(fā)電能力方面，據(jù)洛根稱在實驗室里該設備能提供的電功率可以驅動一臺小電風扇。雖然目前產(chǎn)生的電流不大，但該設備改進的空間很大。從提交發(fā)明報告到現(xiàn)在，洛根的研發(fā)小組已經(jīng)把該燃料電池的發(fā)電能力提高到了350w洛根希望這一數(shù)值最終能達到500w1000w。等技術成熟后可以批量生產(chǎn)的微生物燃料電池的發(fā)電能力將獲得很大提高，洛根認為它可以提供500kw的穩(wěn)定功率，大約是300戶家庭的用電功率.洛根計劃建造一個大型的微生物燃料電池樣品預計將在幾個月之后完成27。4.1.3. 吃肉的機器人（gastrobot）吃肉機器人是一種通過分解有機物質作為能源驅動力的機器人?；谖⑸锶剂想姵兀╩fc）技術的吃肉機器人如圖4-1所示的是一種吃肉機器人，它所依靠的正是典型的微生物燃料電池技術，可將食物的能源轉化為電流。以葡萄糖溶液作為基礎燃料，利用發(fā)酵來起作用。這種基于微生物燃料電池的吃肉機器人，主要包括以下幾個必要部件：生物催化劑，氧化還原反應的中介物；一個陽離子交換隔膜；電極；陰極氧化反應物（例如圖4-1中的鐵氰化物ferricyanide）26。圖4-1 吃肉機器人所用的微生物燃料電池的基本工作原理4.1.4. 新穎的微生物燃料電池近期出現(xiàn)了一些形式新穎的微生物燃料電池，其中具有代表性的是利用光合作用和含酸廢水產(chǎn)生電能。tanaka等研究人員將能夠產(chǎn)生光合作用的藻類用于生物燃料電池，展示了光燃料電池新種類的可行性，他們的電池使用的催化劑是藍綠藻。通過試驗前后細胞內糖原質量的變化，他們發(fā)現(xiàn)在無光照條件時，細胞內部糖原的質量在試驗中減少了；同時還發(fā)現(xiàn)在有光照時，電池的輸出電流比黑暗時有明顯的增加。karube和suzuki用可以進行光合作用的微生物rhodospirillumrubrum發(fā)酵產(chǎn)生氫，再提供給燃料電池。除光能的利用外，更引人注目的是他們用的培養(yǎng)液是含有乙酸、丁酸等有機酸的污水。發(fā)酵產(chǎn)生氫氣的速率為19-31ml/min，燃料電池輸出電壓為0.20. 35v，并可以在0.50.6a的電流強度下連續(xù)工作6小時。habermann和pommer進行了直接以含酸廢水為原料的燃料電池實驗。他們使用了一種可還原硫酸根離子的微生物desulfovibriode sulfuricans，并制成了管狀微生物燃料電池。在對兩種污水的實驗中，降解率達到35%75%。此工作顯示了生物燃料電池的雙重功能，即一方面可以處理污水，另一個方面還可以利用污水中的有害廢物作為原料發(fā)電28。4.2. 微生物燃料電池的應用前景29微生物燃料電池最有潛力的應用在環(huán)境方面：(1) 生物修復：利用環(huán)境中微生物氧化有機物產(chǎn)生電能，既可以去除有機廢物，又可以獲得能量。(2) 廢水處理：微生物燃料電池不僅可以凈化水質，還可以發(fā)電，它的出現(xiàn)有望使污水處理變成一個有利可圖的產(chǎn)業(yè).。雖然目前該產(chǎn)品還在不斷改進，尚未投入商業(yè)化生產(chǎn)，但完全有理由相信它擁有廣闊的發(fā)展前景。(3) 生物傳感器：如乳酸傳感器和bod傳感器。因為電流或電量產(chǎn)出與電子供體的量有一定關系，所以它可用作底物含量的測定。毋庸置疑，微生物燃料電池已成為一個世界范圍的研究熱點。然而，雖然伴隨人類的發(fā)展生物能量的內涵在不斷革新，且將愈加發(fā)揮重大作用，但它的利用和研究卻仍處于起步階段。如何充分將生物質燃料的諸多優(yōu)勢為人類所用，如何提高生物轉化效率，如何使生物質燃料滿足現(xiàn)代輕便、高效、長壽命的需求，仍需要幾代人的不懈努力。依托生物電化學和生物傳感器的研究進展，以及對修飾電極、納米科學研究的層層深入，微生物燃料電池的研究必將得到更快的發(fā)展。5. 微生物燃料電池存在的問題30微生物燃料電池自身潛在的優(yōu)點使其具有較好的發(fā)展前景，但要作為電源應用于實際生產(chǎn)與生活還較遙遠，主要原因是輸出功率密度遠遠不能滿足實際要求。按照marcus和so tin提出的理論，電子傳遞速率是由電勢差、重組能和電子供體與受體之間的距離決定的，決定微生物燃料電池輸出功率密度的主要因素是相關的電子傳遞過程，也就是說，生物體系緩慢的電子傳遞速率是微生物燃料電池發(fā)展的瓶頸，而影響電子傳遞速率的因素主要有：微生物對底物的氧化；電子從微生物到電極的傳遞；外電路的負載電阻；向陰極提供質子的過程；氧氣的供給和陰極的反應。針對上述影響因素，提高電子回收率和電流密度的方法有以下幾種：a) 在電極表面進行貴金屬納米粒子、以及碳納米管等物質的修飾31。利用納米粒子的尺寸效應、表面效應等奇妙的特性來實現(xiàn)直接的、快速的電子傳遞； 或在比微生物細胞更小的尺度上，直接使用導電聚合物固定酶，使導電聚合物深入到酶的活性中心附近，從而大大縮短電子傳遞的距離，實現(xiàn)電子的直接傳遞。b) 改進陰極和陽極材料，增大電極比表面積。增大電極比表面積可以增大吸附在電極表面的細菌密度，從而增大電能輸出。c) 提高質子交換膜的質子穿透性。質子交換膜的好壞與性質直接關系到微生物燃料電池的工作效率及產(chǎn)電能力。6. 總結與展望綜上所述，微生物燃料電池是一種能將產(chǎn)生新能源和解決環(huán)境污染問題有機的結合起來的新技術，其蘊藏的極大潛力為今后人類充分利用工農業(yè)廢棄物和城市生活垃圾等生物質資源進行發(fā)電提供了廣闊的前景。目前，雖然要讓微生物燃料電池提供更高且穩(wěn)定的輸出功率，還有待于相關技術的進一步提高。另外微生物燃料電池輸出電壓受多種因素的影響，在微生物燃料電池應用之前，還有許多困難急待解決。但完全可以相信，隨著微生物學和電化學技術的不斷發(fā)展，微生物燃料電池將會成為未來利用各種有機(廢)物發(fā)電的新技術核心。當然其他應用微生物燃料電池技術的開發(fā)也隨之產(chǎn)生，如生物傳感器、可持續(xù)海底污泥發(fā)電及關于各種可生物降解燃料的生物電池。盡管目前還沒能大規(guī)模、高效地使用微生物燃料電池,但環(huán)境因素及能源需求進一步刺激開發(fā)該項技術，相信在不遠的將來,微生物燃料電池在能源與循環(huán)經(jīng)濟方面發(fā)揮應用的作用。21世紀將會是生物科學高速發(fā)展的時代，為應對能源危機和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，微生物燃料電池作為一種可再生的清潔能源技術的研究正在國內外迅速興起，勢必將得到不斷的推廣和應用，為節(jié)能減排、治理污染做出重要的貢獻，成為構建能源節(jié)約型社會，走能源可持續(xù)發(fā)展道路的重要基礎。因而必將成為生物產(chǎn)能技術中研究的熱點。參考文獻：【1】 張錦濤，倪晉仁，周順桂.基于鐵還原菌的微生物燃料電池研究進展j.應用與環(huán)境生物學報.2008，14（2）：290295.【2】 張國偉，龔光彩，吳治.風能利用的現(xiàn)狀及展望j.節(jié)能技術.2007，141(25)：7176【3】 王萍，徐志兵，操璟璟.微生物燃料電池技術及其發(fā)展前景的研究j.節(jié)能技術.2008，26（6）：534540.【4】 葉新皞，王永紅，儲矩，等. 生物質燃料j. 生物學雜志.2004，21(2): 1418.【5】 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