微生物燃料电池分析解析
不同接种条件下微生物燃料电池产电特性分析
中国环境科学２０１ １，３ １（１Ｏ）：１６５１－１６５６ Ｃｈｉｎａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ 不同接种条件下微生物燃料电池产电特性分析 刘晶晶 ，孙永明 ，孔晓英 ，李连华 ，李颖 ，田 沈 ，杨秀山。，袁振宏 （１．中国科学院广州能源研究 所，广东广州ｔ ５１０６４０；２．首都师范大学，北京１０００４８） 摘要：比较了１１种不同来源的接种物对微生物燃料电池产电性能的影响，并考察了接种污泥的ＴＣＯＤ和ｐＨ值等特性对电池产电情况的 影响．结果表明，以华南农业大学资源环境学院新肥室沼气池污泥为接种物的燃料电池产电效果最好，产生的最大电压为０．５３Ｖ（￣ｂ电阻为 ５ｏｏｎ），最大功率密度达到９．１２Ｗ／ｍ３．污泥的初始ＴＣＯＤ越高，所产生的电能越多；而ｐＨ值在５．６～７．８范围内时，对ＭＦＣ产电能力的影响不大． 通过扫描电镜对阳极表面微生物的观察发现，不同接种物电池阳极富集的微生物存在很大差异，这可能是影响微生物燃料电池产电性能的 最主要因素之一． 关键词：微生物燃料电池；接种物；功率密度 中图分类号：ｘ１７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—６９２３ｆ２０１ １）ｌ０—１６５卜０６ Ｐｏｗｅｒ・ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｆｕｅｌ ｃｅＨｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎｓ．ＬＩＵ Ｊｉｎｇ－ｊｉｎｇ ，ＳＵＮ Ｙｏｎｇ—ｍｉｎｇ ， ＫＯＮＧ Ｘｉａｏ．ｙｉｎｇ ，ＬＩ Ｌｉａｎ．ｈｕａ ，ＬＩ Ｙｉｎｇ ，ＴＩＡＮ Ｓｈｅｎ２，ＹＡＮＧ Ｘｉｕ—ｓｈａｎ ，ＹＵＡＮ Ｚｈｅｎ．ｈｏｎｇ （１．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃａｐｉｍｌ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８，Ｃｈｉｎａ）．Ｃｈｉｎａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１ １，３１（１０）：１６５１－１６５６ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｗｅｒ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ（ＭＦＣ）ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｃｈａｍｂｅｒｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈａｔ １ １ ｉｎｏｃｕｌｕｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｒｉｇｉｎｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｏｃｕｌｕｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｌｕｄｇｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐＨ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＭＦＣ ｗａｓ ｂｅｓｔ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｉｎｏｃｕｌｕｍｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｂｉｏｇａｓ ｄｉｇｅｓｔｅｒ ｓｌｕｄｇｅ ａｓ ｉｎｏｃｕｌｕｍ ｆｒｏｍ ｎｅｗ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｉｎ Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｖｅｒ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗａｓ ０．５３Ｖ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗａｓ ９．１２Ｗ／ｍ （ｅｘｔｅｒｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ５００ Ｑ）．Ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ＣＯＤ（ＴＣＯＤ）ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｗａｓ，ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｐｏｗｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ＭＦＣ ｗａｓ．ＰＨ ｖａｌｕｅ ｈａｄ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ＭＦＣ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｐＨ ｖａｌｕｅ ５．６～７．８．Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｇｒｏｗｔｈｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｏｄｅｓ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｈｕｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ’ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ａｎｏｄｅ．Ｔｈａｔ ｉｓ ｍａｙｂｅ ｔｈｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆｔｈｅ ｐｏｗｅｒ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＭＦＣ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ；ｎｏｃｕｌｕｍ；ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ 微生物燃料电池（ＭＦＣ）是一种新型的清洁 能源装置．它利用微生物作为催化剂，通过降解有 机物或无机物使化学能直接转化为电能ｆ】 】．其 底物来源广泛、能量利用率较高、安全无污染， 因此，ＭＦＣ已受到广泛关注．ＭＦＣ性能受包括底 物的转化速率、阳极超电势、阴极超电势，质子 交换膜的性能以及电池内阻等因素的影响Ｉ ．随 着ＭＦＣ装置结构的不断优化，内阻的大幅降低， 微生物催化电极反应的效率已成为ＭＦＣ发展的 限制因素．污泥作为ＭＦＣ的接种源，含有多种有 机物和营养元素，为不同种类微生物的代谢提供 了理想的生态环境，由于污泥成分的复杂性及环 境的影响，使得富集到的微生物类群和活性也存 在很大差异．目前已经有利用稻田土［４１、湿地底 泥 Ｊ、污水处理厂厌氧消化污泥ｌｏＪ、生活污水 Ｊ 以及牛胃液 Ｊ等作为接种源成功启动ＭＦＣ的实 例，但由于诸多因素的影响，很难对这些接种物启 动的ＭＦＣ的产电情况进行同一水平的比较．并 且对于接种物的相关研究还不够深入．本实验利 收稿日期：２０１卜０卜Ｏ６ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（２１００６１０５） 责任作者，研究员，ｙｕａｎｚｈ＠ｍｓ．ｇｉｅｃ．ａｃ．
微生物燃料电池的原理与应用
微生物燃料电池的原理与应用
微生物燃料电池是一种利用微生物酵解产生的电子传递到电极上产生电力的技术，它的特点是能够将有机废弃物转化为电能，同时减少污染、降低能源成本，因此备受关注。本文将讨论微生物燃料电池的原理与应用。
一、微生物燃料电池的原理
微生物燃料电池的核心原理是将来自微生物代谢的电子传递到电极上来产生电力。在微生物燃料电池中，微生物活性产生的氢离子（H+）和电子通过呼吸链途径转移到氧气或氧化的底物上，达到能量代谢的目的。而当微生物呼吸链的末端正好是电极表面时，电子可以被导向电极表面形成电流，故而产生电力。
微生物燃料电池中的微生物可分为两类：一是光合微生物，如藻类和细菌等，其使用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物进行代谢；二是好氧和厌氧微生物，如大肠杆菌等，其使用底物在代谢过程中产生的氢离子和电子转移到电极上形成电流。于是，我们可以通过对不同类型的微生物进行研究和利用，来产生不同种类和强度的电流。
二、微生物燃料电池的应用
微生物燃料电池由于具有高效、便捷和环保的优点，被广泛运用于生产和生活的多个领域。以下就是微生物燃料电池的应用：
1. 生物废弃物处理
微生物燃料电池可以将厨余垃圾、污泥和废水等有机废弃物转化为电能，实现废物处理和能源回收的双重效果。利用微生物燃料电池处理废弃物不仅能节约大量处理成本，而且可以减少对环境的污染。
2. 智能物联网 微生物燃料电池可以产生小型电源，已经应用于智能物联网设备。这些设备包括传感器、监控装置、移动通信设备和环境检测仪器等，都需要能够稳定供应电能，而微生物燃料电池可以为这些设备提供稳定的电源。
3. 医疗、军事和安全领域
微生物燃料电池还可以应用于一些不便使用电网的场合，如医疗方面的义肢、覆盖物和人造耳蜗，军事方面的夜视仪、无人机和常规电力供应等，安全领域的消防器材、探矿工具和遥控钻机等，都可以通过微生物燃料电池进行供电。
三、微生物燃料电池的未来发展
微生物燃料电池的原理与应用 2
微生物燃料电池的原理与应用
微生物燃料电池，是一种能将有机物转化为电能的电化学装置，它是利用微生物的代谢过程将有机物氧化成二氧化碳和水的同时，分离出电子并利用这些电子来发电的过程，因其被广泛认为是一种环保、高效的发电方式而备受关注。
一、微生物燃料电池的原理
微生物燃料电池可分为两种类型：微生物燃料电池和微生物电解池。微生物燃料电池的基本构成是阴极和阳极，分别连接有一个外部电路和一个离子传递膜。阴极氧化还原电位低，阳极则相反，二者间产生电势差，从而使溶解在电解液中的电子从阳极流向阴极。
微生物燃料电池的电子传递与有机物的代谢结合在一起，其微生物催化反应是由微生物代谢产生的活性物种，例如：酵母菌、细菌等进行的。微生物燃料电池的原理基于微生物的一种叫做“膜质电子传递”的过程，这个过程在微生物细胞内构成一个非常复杂的代谢网络，因此在实践中实现此原理的操作难度非常大。
在微生物燃料电池中，微生物以有机物为代谢物，通过酶促反应分解代谢物，释放负电子给阳极，带上质子沿着固定的质子通道进入阴极，在阴极与正氧还原反应中，与外部的氧气结合，释放电子产生电流。
总的来说，微生物燃料电池利用微生物代谢作为电流来源，通过交互作用将化学能转化为电能，实现了燃料与电能的互换，为电能领域的研究和发展开辟了新的道路。
二、微生物燃料电池的应用
微生物燃料电池可应用于各环境下人们的电力供应，其中地下水、土壤等环境下的微生物燃料电池使用最为广泛。目前，微生物燃料电池用于发电和废弃物处理已成为研究热点，已有微生物燃料电池的废水处理工厂在运行中。
微生物燃料电池主要应用于下列环境：
1. 地下水：微生物燃料电池可以利用地下水种群的生物活性来产生电，并对水质进行监测，是一个理想的地下水检测工具。
2. 生物土壤：通过微生物燃料电池，土壤中的有机物质可以被清除而发电产生热能。微生物燃料电池在荒野中同样适用，它可以优化废弃物的输送，防止水体污染。
微生物燃料电池的现状与研究
当代化工研究
Modem Chemical Research6
行业动态2021 ・ 07
微生物燃料电池的 现状与研究
*孙琦铭 赵明轩 陈誉昕 庞颖 陈志威
(东北大学秦皇岛分校河北066004)
摘要：微生物燃料电池的发展仍处于瓶颈期，但其能实现同步污水处理和电能回收的功能，具有良好的发展前景。微生物燃料电池
(Microbial Fuel Cells, MFCs)的主要机理是通过利用产电微生物氧化污水中的有机物，将存储在有机物中的化学能不经过其他能源形
式直接转化为电能，而且该反应生成的产物无汚染。其中，准确构建
MFC系统，在降低成本的同时有效并重污染物去除和产电效能提升，
是进一步探索微生物燃料电池领域的关键。文章重点对不同类型的燃料电池如海水微生物燃料电池、植物复合型微生物燃料电池进行分
析，通过对比不同类型的电池性能，对其可实践性进行评估。最后，强调了微生物燃料电池(
MFC)技术与应用的现状，并指出了微生物
燃料电池的发展前景。
关键词：微生物燃料电池；植物；纳米铁；厨余垃圾；重金属污染
中图分类号：TM
文献标识码：A
Present Situation and Research of Microbial Fuel Cell
Sun Qiming, Zhao Mingxuan, Chen Yuxin, Pang Ying, Chen Zhiwei
(Qinhuangdao Branch, Northeastern University, Hebei, 066004)
Abstract
z The development of microbial Juel cell is still in the bottleneck period, but it can realize the junctions of simultaneous sewage
treatment and electric energy recovery, and has a good developmentprospect. The main mechanism of microbial Juel cells (MFCs) is that the organic
微生物燃料电池原理与应用
微生物燃料电池原理与应用
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)是一种利用微生物氧化有机物产生电能的装置。它基于微生物的电化学反应来产生电力，将化学能直接转化为电能。微生物燃料电池的原理是通过利用微生物的代谢作用将有机废物（如人类粪便、废水等）中的化学能转化为电能，实现能量回收和减少污染物的排放。该技术有着巨大的潜力，能够广泛应用于废水处理、能源生产和环境保护等领域。
微生物燃料电池中的关键组成部分是阳极和阴极。阳极是微生物活动的场所，它提供了一个良好的电子传递通道。通常情况下，阳极材料是由导电性好的物质构成，如碳纳米管、碳纳米颗粒等。阴极则是电子和氧气进行还原反应的场所，它常常使用氧化剂（如氧气或氯离子）来参与电子转移反应。阳极和阴极之间的电子传递通过外部电路完成，从而产生电能。
微生物燃料电池的关键是利用微生物的代谢作用。在阳极的表面，微生物通过氧化有机物来产生电子和质子。微生物中的电子经过阳极材料传递到外部电路中去，形成电流。同时，微生物释放质子到电解质中去。质子在电解质中通过离子交换膜传递到阴极处与氧气结合，还原发生的氧化反应，并接受电子，形成水。这个过程实际上是微生物通过氧化有机物来释放能量，将化学能转化为电能。这个电能可以直接用来驱动负载，如电灯、泵浦等。
微生物燃料电池的应用非常广泛。一方面，它可以作为一种有效的废水处理技术。通过将微生物燃料电池应用于废水处理厂，可以不仅处理废水中的有机物，还能够产生电能。这就在一定程度上实现了能源回收和环境保护的双重效果。另一方面，微生物燃料电池还可以应用于能源生产。有机废物广泛存在于农村、城市和工业生产中，通过利用微生物燃料电池来转化这些有机废物为电能，可成为一种可再生能源来源。此外，微生物燃料电池还可以应用于生物传感器和无源传感器等领域。
尽管微生物燃料电池具有广泛的应用前景，但目前仍然有一些挑战需要克服。首先，阳极材料的选择和优化对微生物燃料电池的性能至关重要。阳极材料应具有良好的导电性和生物相容性。同时，微生物的选择也对电池的性能有着重要影响。其次，微生物燃料电池的稳定性和寿命问题仍然是待解决的难题。微生物的生长条件和代谢产物可能对电池的运行造成影响，进而影响电池的性能和稳定性。此外，微生物燃料电池在实际应用中仍面临着高成本和低能量转化效率等问题。
微生物燃料电池存在的问题
- 1 - 微生物燃料电池存在的问题
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物质转化为电能的新型生物电化学系统。虽然这种技术具有许多优势，如高效、低成本、环保等，但是在实际应用中还存在一些问题。
首先，微生物燃料电池的发电效率较低。目前市场上的微生物燃料电池的发电效率只有10%左右，远低于传统化石能源发电设备的效率，这也限制了其在实际应用中的推广和应用。
其次，微生物燃料电池的稳定性较差。微生物燃料电池的电化学反应过程是一个复杂的生物化学过程，微生物的生长状态、环境参数的变化等因素都会影响其发电效率和稳定性，这也是目前微生物燃料电池技术面临的主要挑战之一。
此外，在微生物燃料电池的应用过程中，还存在一些技术难题，如微生物生长速度慢、电极寿命短、电极材料选择不当等问题。这些问题不仅限制了微生物燃料电池的发展，同时也限制了其在工业生产中的应用。
综上所述，微生物燃料电池技术在实际应用中还存在一些问题，需要进一步的技术研究和发展。只有克服这些问题，才能更好地发挥微生物燃料电池在环保、节能等方面的优势。
微生物燃料电池简介
微生物燃料电池简介
摘要：微生物燃料电池是一种新型的能源装置，具有污废弃物处理与同步产电的优点，应用范围广，具有巨大的潜在应用价值，本文对其做了一个简要的介绍。
关键词：微生物燃料电池 污水处理 产电
前言：微生物燃料电池（MFC）是一种通过微生物代谢生物质将化学能直接转变为电能的装置，兼具处理废水与产电的功能，从而大大降低污水处理成本。早在1911年英国植物学家Potte就发现利用酵母菌和大肠杆菌可以产生电流[1]；但是一直未受到人们的关注。直到20世纪80年代美国科学家设计了一种利用宇航员的排泄物和活细菌作为电极活性物质的细菌电池，这种电池可为宇宙飞船提供电能，但其发电效率较低；到2004年，废水首次被用作MFC的燃料来发电，并获得了146±8mW m-2的功率密度。此后大量研究表明多种类型的废水都可以用于MFC中，MFC在废水处理方面的研究获得了较大进展。在近20年的研究中，MFC的规模在逐步扩大。目前，实验室所用MFC的大小从几微升到几升之间。产电功率得到了明显提升，产电功率已达到2.8kW m-3。近年来，对MFC的研究逐渐引起了国内外研究学者的关注。
一、 MFC的工作原理
一个典型的 MFC 共由四部分组成：阳极、阴极、电解池和外电路。它以阳极室中的微生物作为催化剂，以阳极液中的有机物质作为燃料，利用微生物降解生物质，从而产生电子，产生的电子到达阳极，由阳极转移到外电路，最后通过外电路传递到阴极。微生物在降解有机物质产生电子的同时还产生质子，产生的质子通过两极室之间的质子交换膜到达阴极。在阴极催化剂的作用下，质子、电子和氧化剂发生反应生成还原剂。从而完成电池内的电流传递过程，产生电能。当外电路接入负载时，MFC 产生的电能足够多时，MFC 便能够支持负载工作。
二、MFC的分类
根据分类标准的不同，MFC的分类方法有所不同。
（一）根据不同类型的微生物，MFC可分为沉积物型、异养型和光能异养型三种类型。
微生物燃料电池
微生物燃料电池的研究现状和进展
摘要：微生物燃料电池(microbial full cells，MFCs）是利用微生物作为反应主体，将燃料(有机物质)的化学能直接转化为电能的一种装置。本文从微生物燃料电池的定义、产电机理以及应用的细菌和
产电方式等方面对微生物燃料电池全面阐述，并对当前的研究的热点做了总结及展望。 关键词：微生物燃料电池 产电微生物 微生物燃料电池(microbial full cells，MFCs）是利用微生物作为反应主
体，将燃料(有机物质)的化学能直接转化为电能的一种装置。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。因此，微生物燃料电池是一种清洁的
能源，具有极大的应用前景，目前，微生物燃料电池的研究刚起步，有待于更进
一步深入研究。
1、微生物燃料电池的原理
图1显示的是典型的双室微生物燃料电池的示意图，阴极和阳极室被质子交
换膜分开，微生物在阳极室生长，阳极室没有氧气，缺乏电子受体，微生物通过
向阳极室的电极传送电子，并向溶液中释放质子，电子通过外电路达到阴极室的
电极上，质子通过质子交换膜到达阴极，阴极室里充满溶解氧，电子、质子和氧
气反应形成水。在这一过程中，形成了完整的电流回路，产生的电子通过外电路，
连接负载，产生能量[1]。
图1 以上是介绍了典型的双室微生物燃料电池的基本原理，在微生物燃料电池的
发展过程，分为单室微生物燃料电池和双室微生物燃料电池，都是基于这样基本
原理。
2、微生物燃料电池中的产电微生物种类
在微生物燃料电池中，微生物是重要的一部分，已报道的产电微生物有沼泽
红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）、人苍白杆菌（Ochrobactrum anthropi）、
铁还原红育菌（Rhodofoferax ferrireducens）、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophilia）、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、希万氏菌（Shewanella
微生物燃料电池的研发态势分析
［科学计量］
微生物燃料电池的研发态势分析
陈大明
（中国科学院上海生命科学信息中心，上海２０００３１）
摘要：微生物燃料电池（ＭＦＣ）是利用微生物作为反应主体，将燃料的化学能直接转化为电能的
一种装置，在能源、污水处理等领域中具有广阔的应用前景。本文以ＩＳＩ Ｗｅｂ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ数据库收
录的相关文献为数据源，运用文献计量和文献引用分析方法，对ＭＦＣ的研发态势进行分析。
关键词：文献计量；文献引用分析；微生物燃料电池；污水处理；ＭＦＣ；ＵＭＦＣ；生物电
化学
微生物燃料电池（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ，简称ＭＦＣ）
是利用微生物作为反应主体，将燃料（有机物质）的
化学能直接转化为电能的一种装置。随着经济发展
与环境和能源之间的矛盾越来越突出，微生物燃料
电池因其绿色无污染且可再生越来越受到人们的关
注。在污水处理方面，１ ９９１年，Ｈａｂｅｒｍａｎｎ和
Ｐｏｍａｎｅｒ第一次尝试了利用微生物燃料电池处理污水
的可能性。之后，污水同步处理与微生物燃料电
池发电的技术不断得到研究和开发。这一技术既净
化了污水又获得了能源，具有广阔的应用前景。本
文以ＩＳＩ Ｗｅｂ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ数据库收录的相关文献为数
据源，运用文献计量和文献引用分析方法，对微
生物燃料电池及其在污水处理中应用的研发态势进
行分析。
１微生物燃料电池研究的总体态势
１９９８－２００７年（数据库更新日期为２００８年８月１０
日），Ｗｅｂ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ数据库共收录利用微生物燃料 电池的研究文献３９９篇。从总体上看，微生物燃料
电池研究论文数量呈现增长的态势十分明显（图１）。
２微生物燃料电池的研究发展历程
２．１微生物燃料电池的研究发展历程
ＭＦＣ研究发展历程如图２所示。从该图的发展
历程可以看出，ＭＦＣ的研究发展经历了几个研究阶
段与方向。
第一阶段：ＭＦＣ概念的提出和发展。早在１９１０ 年，英国植物学家马克・比特首次发现了细菌的培
生物燃料电池的应用及未来发展趋势
生物燃料电池的应用及未来发展趋势
生物燃料电池（Biofuel Cells）是一种独特的能源转换系统，它可以直接将生物质作为燃料，利用微生物的代谢活动产生电能。相较于传统燃料电池，生物燃料电池具有体积小、重量轻、成本低、环保等诸多优势，因此在环境保护、可再生能源等领域有着广泛的应用前景。
一、生物燃料电池的基本原理
生物燃料电池的基本原理与传统的燃料电池类似，都是利用半反应产生电子，并通过电极串联的电路客观电流。但不同的是，生物燃料电池使用的是生物质作为燃料，它会通过微生物的代谢过程中产生氧化还原反应，从而释放电子，进而产生电能。
例如，微生物可以将有机化合物如葡萄糖、淀粉质等分解成有机酸，并释放出一些电子，这些电子可以通过电极与氧发生还原反应（即氧还原成水），最终产生电能。这种产生电能的方式被称为“微生物燃料电池”（Microbial Fuel Cell）或简称MFC。
二、生物燃料电池的应用
生物燃料电池在环保、医学、军事等领域有着广泛的应用。
1.环保领域
生物燃料电池是一种高效、低成本的能源转换系统，它可以将生活废水、农业废水等有机废物转化成可再生的能源，可以解决废弃物的处理问题。同时，生物燃料电池也是一种低碳的能源，其产生的二氧化碳排放量较低，有助于减少空气污染。
2.医学领域
生物燃料电池可以利用人身体内的生物质作为燃料，产生电能供体内植入装置使用。例如，人工心脏、神经刺激器等医疗设备需要电源供应，而传统电源的使用存在着诸多问题，如引线脱落、电池耗尽等，而采用生物燃料电池则可以大大减少这些问题的发生。
3.军事领域
生物燃料电池可以利用环境中的可再生能源，如行者燃料、纸张等作为燃料，不需要依赖外部电源，很适合于一些无法获取电源的环境中使用，如战场、荒野等。
三、生物燃料电池的未来发展趋势
1.提高转换效率
当前，生物燃料电池的转换效率较低，限制了其在特定领域的使用。因此，如何提高生物燃料电池的转换效率是未来发展的一个重要目标。一种可能的方法是将生物燃料电池与其他能源转换系统，如太阳能、风能、生物质能等相结合，从而实现能量的高效利用。