微生物燃料电池发展历史
微生物燃料电池技术论文
微生物燃料电池技术摘要：微生物燃料电池（MFC）作为一种新型的环境生物技术，因其能很好地将有机污染物处理和能源制备结合在一起而引起各国学者的广泛关注和研究。
本文就微生物燃料电池的发展历程，特点，工作原理，影响微生物燃料电池的因素以及微生物燃料电池的应用实例和应用前景以及目前存在的问题。
最后对本文进行了一些总结和展望。
关键词：微生物燃料电池；工作原理；应用前景；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.引言随着全球气候变暖和化石燃料耗竭等问题的日益严峻，可替代能源和可再生能源的研究受到越来越多的重视。
微生物燃料电池
微生物燃料电池12级新能源材料，程妮，学号106微生物燃料电池(microbial fuel cells ，MFCs)是一种利用微生物作为催化剂，将燃料中的化学能直接转化为电能的装置，是一种生物反应器。
自1911年英国植物学家Potter 发现微生物可以产生电流开始，有关MFCs 的研究一直在进行，但进展缓慢。
直到研究人员发现某些微生物能在无介体的条件下直接将体内产生的电子传递到电极，MFCs 的研究获得了突破性进展。
目前，MFCs 研究的主要内容是无介体MFCs 产电性能的改善，体现在污水处理、生物传感器的应用和生物修复等方面。
一、原理微生物燃料电池以附着于阳极的微生物作为催化剂，通过降解有机物(例如，葡萄糖、乳酸盐和醋酸盐等)，产生电子和质子。
产生的电子传递到阳极，经外电路到达阴极产生外电流。
产生的质子通过分隔材料(通常为质子交换膜、盐桥)，也可以直接通过电解液到达阴极。
在阴极与电子、氧化物发生还原反应，从而完成电池内部电荷的传递。
如图所示为MFCs 的工作原理示意图。
典型反应如下：阳极：C 6H 1206+6H 20一6C02+24H ++24e -阴极：602+24H ++24e -一一12H 20二、微生物燃料电池的结构微生物燃料电池主要有三种结构类型，即单室结构、双室结构和填料式结构。
［1］(一)、单室结构的MFCs 单室MFCs 通常直接以空气中的氧气作为氧化剂，无需曝气，因而具有结构简单、成本低和适于规模化的优势。
单室的功率密度为480～492mW ／m 2，单室MFCs 无分隔材料和阴极液，内阻较双室小。
但是单室MFCs 的库仑效率(CE)比双室低(单室库仑效率为10％，而双室则为42％～61％)。
(二)、双室结构的MFCs 典型的双室MFCs 包括阳极室和阴极室，中间由PEM 或盐桥连接。
双室的功率密度为38～42mW ／m 2。
MFCs 从外形上又分为平板型和管型。
以厌氧污泥为活性微生物，以葡萄糖为底物，以颗粒石墨为阳极的管状ACMFCs，其最大功率密度达到50．2W／m2。
燃料电池发展历程及研究现状
催化剂的分类
按状态可分为： 液体催化剂 固体催化剂
燃料电池发展历程及研究现状
催化剂的分类
按照反应类型又分为 聚合、缩聚、酯化、缩醛 化、加氢、脱氢、氧化、 还原、烷基化、异构化等 催化剂。
燃料电池发展历程及研究现状
催化剂的分类
按反应体系的相态分为 均相催化剂和多相催化剂
燃料电池综述 1.研究背景 2.燃料电池 3.催化剂
4. 表征方法 5. 展望
燃料电池发展历程及研究现状
1. 研究背景
1.1能源问题? 1.2燃料电池 1.3 燃料电池催化剂?
燃料电池发展历程及研究现状
1.1能源问题
人类历史显示，能源技术的突破和创新都促 进了社会的繁荣和人类的进步。
燃料电池发展历程及研究现状
燃料电池发展历程及研究现状
直接醇类燃料电池
直接乙醇燃料电池(DEFC)
在酸性介质中乙醇的反应如下：
阳极反应：C2H5OH+3H2O→2CO2+ 12H++12e- E=0.087V
阴极反应：3O2+12H++12e-→6H2O
E=1.229V
总反应： C2H5OH +3O2 →2CO2+ 3H2O
ntonucci V. Direct methanol fuel cells for mobile applications: A strategy for the future. Fuel Cells Bulletin, 1999, 2: 6-8
燃料电池发展历程及研究现状
直接醇类燃料电池
诺基亚公司成功试制了使用 直接甲醇燃料电池的蓝牙耳 机，这种新型能源的耳机在 续航能力上比常规的内置充 电锂离子电池的蓝牙耳机提 高 2 倍左右[19]
微生物燃料电池
微生物燃料电池1.引言能源紧张和环境污染是可持续发展面临的重大挑战。
经济发展的同时，能源消耗也在急剧增长，而现有的化石能源消耗则带来了环境质量的不断恶化。
寻找新型能源，实现经济、社会和环境的可持续发展是当今社会的主要研究问题。
清洁能源的发展则成为解决问题的关键。
与此同时，不断发展的生物燃料电池成为了人们关注的焦点。
微生物燃料电池的兴起为可再生能源的生产和废弃物的处理开辟了新途径。
首先，微生物电池的燃料来源比较多样化，如多种有机无机材料，甚至能够直接利用废液、废物作为原料产生电能，净化环境。
其次，微生物燃料电池能够实现无污染、零排放、无需能量输入，满足环境友好型电池的需求。
此外，微生物燃料电池的能量转化效率非常高，可以发展成长效、低廉的能量系统；加上其操作条件是在常温常压的温和条件下工作，实现了电池的低维护成本和高安全性[1]。
微生物燃料电池的发展历史中，经历了几次重大进步。
1911年Potter用酵母和大肠杆菌进行实验，首次实现了微生物产电，从此开启了微生物燃料电池发展的道路[2]。
20世纪80年代，细菌发电取得重大进步，随后微生物燃料电池的输出功率也有了较大的提高，其作为小功率电源使用的实际应用也进一步成为可能。
2002年以后，微生物燃料电池的研究更是进入了飞速发展阶段，研究人员不仅发明了无需电子传递中间体的燃料电池，也在降低内阻、功率输出、优化结构和降低成本等方面都取得了重大进步。
近年来，微生物燃料电池的应用领域也更加宽泛。
2.微生物燃料电池的原理微生物燃料电池是一种利用微生物进行能量转换，把呼吸作用产生的电子传递到电极上的装置，能够通过产电菌代谢可生物降解的有机物，并将代谢产生的电子传递到外电路输出电能。
原理如图1所示[3]。
微生物燃料电池中，氧化底物的细菌通常在厌氧条件下将电子通过电子传递中介体或者细菌自身的纳米导线传递给阳极，电子通过连接阴阳两极的导线传递给阴极，而质子通过隔开两极的质子交换膜(Proton exchange membrane, PEM)到达阴极，在含铂的阴极催化下与电路传回的电子和O2反应生成水[4]。
微生物燃料电池
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微生 物燃 料电 池的 用途
开发新能源
处理废水 生物修复
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微生物燃料电池的原理
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微生物燃料电池的原理 MFC电池设备把细菌作为催化剂氧化有机(无机) 物质直接将化学能转化为电能。传统的MFC 电池是一个阳极室和一个阴极室相隔一个质 子交换膜(PEM)。阳极室内，水溶液或污泥中 的有机物在厌氧条件下被微生物氧化代谢,产 生电子和质子。电子通过直接电子转移,电子 介体或纳米线被转移到阳极后,通过外电路的 联系流到阴极。同时,质子通过PEM到达阴极。 电子、质子和电子受体(如空气或氧气)在阴 极室发生氧化还原反应产生水
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引用文献：
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燃料电池的发展历程
燃料电池的发展历程燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的装置。
它的发展历程可以追溯到19世纪初，但直到最近几十年间，燃料电池才开始引起人们的广泛关注和研究。
燃料电池的发展历程可以分为四个阶段：早期研究、实验室研究、商业化应用和未来发展。
在早期研究阶段，燃料电池只是一种理论上的概念，科学家们开始研究如何将化学能转化为电能。
1839年，德国科学家威廉·罗伯特·格罗夫首次提出了燃料电池的概念，并成功实现了将氢气和氧气通过电化学反应产生电能的原理。
然而，在当时的技术条件下，燃料电池的效率非常低，且成本高昂，无法实际应用。
随着科学技术的不断进步，燃料电池进入了实验室研究阶段。
20世纪60年代，燃料电池的研究重点逐渐从理论转向实验。
科学家们开始尝试使用不同的材料和催化剂来改善燃料电池的效率和稳定性。
在这一阶段，研究人员提出了多种不同类型的燃料电池，如质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等。
这些不同类型的燃料电池具有各自的特点和应用领域，为燃料电池的商业化应用打下了基础。
商业化应用是燃料电池发展的一个重要阶段。
随着对清洁能源需求的增加，燃料电池作为一种高效、环保的能源转换装置受到了广泛关注。
燃料电池开始被应用于一些特定领域，如航空航天、交通运输和能源供应等。
1994年，美国国家航空航天局（NASA）成功地将燃料电池用于航天器的能源供应，这标志着燃料电池的商业化应用的开始。
随后，燃料电池逐渐被应用于汽车、家庭能源等领域，取得了显著的进展。
然而，由于成本高昂、储氢和储氧困难等问题，燃料电池的商业化应用仍面临一定的挑战。
未来，燃料电池的发展方向主要集中在提高效率、降低成本和解决储氢问题。
科学家们正在研究新的材料和催化剂，以提高燃料电池的能量转化效率。
同时，他们也在探索更廉价的材料和制造工艺，以降低燃料电池的成本。
此外，研究人员还在寻找新的氢气储存材料和技术，以解决储氢问题。
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。
燃料电池的发展与应用
燃料电池的发展与应用燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的能量转换器，它是一种新型的高效能源转换技术，被广泛应用于电动汽车、备用电源、航空航天、生命医学和海洋探测等领域。
燃料电池的优点在于高效、清洁、静音、可靠、环保，是未来能源转型的重要选择之一。
本文将探讨燃料电池的发展历程、种类以及应用现状。
一、燃料电池的发展历程燃料电池的历史可以追溯到1839年，英国化学家威廉·格罗夫发现了一种用硫酸和钯作为催化剂的化学电池，该电池可以将氢气和氧气转化为电能。
从此，人们开始了解和研究燃料电池。
20世纪60年代，NASA开始尝试使用燃料电池驱动宇宙飞船。
1978年，美国能源部成立了一个燃料电池研究计划，投入大量资金用于燃料电池的研究和开发。
随着技术的不断进步，燃料电池的成本不断降低，性能不断提升，应用领域也不断拓展。
二、燃料电池的种类燃料电池主要分为若干种类，根据不同的电解质和催化剂可分为以下几类。
1、质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池是目前应用最为广泛和发展最为成熟的燃料电池，其催化剂通常为铂。
它采用质子交换膜来分离正负极，氢气在阳极上被氧化成水，在电极上释放出电子，水分子被分解成氧气和质子。
质子通过膜进入阴极，在那里与电子结合形成水。
PEMFC在电动汽车、便携式电子设备、船舶等领域得到广泛应用。
2、直接甲醇燃料电池（DMFC）直接甲醇燃料电池以甲醇为燃料，采用铂和铂铑合金作为催化剂。
它能够直接将甲醇和氧气转化为电能和水。
DMFC成本低、能量密度高，是一种极具潜力的燃料电池。
然而，由于甲醇的扩散和物质传输过程中的限制，DMFC 在实际应用中面临一些挑战。
3、碳酸盐燃料电池（MCFC）碳酸盐燃料电池是一种利用碳酸盐的离子传递电子的电池，电池中的主要反应是氢氧气与氢气碳酸盐的反应。
MCFC的催化剂通常为镍，它可以直接利用从煤、石油等化石能源中提取的氢气作为燃料，不需要对氢气进行纯化处理。
中国燃料电池的发展
中国燃料电池的发展
中国燃料电池的发展自20世纪90年代开始，近年来得到了更多的重视和投资。
以下是中国燃料电池的发展历程：
1.早期阶段：1990年代中国开始进行基础研究和试验，主要集中在燃料电池系统的设计和开发方面。
2.试验阶段：2000年代初期，中国开始进行实际应用的试验和监测，主要涉及家庭和公共交通的应用。
2004年，中国成功研制出高温熔融碱金属燃料电池，成为世界上第一个研发成功的实用化燃料电池。
3.成长阶段：2000年代中期，中国开始大力推动燃料电池的发展，相关机构逐渐增加。
2008年，长春产业展示中心还建有燃料电池示范项目，向公众普及燃料电池技术。
4.加速发展阶段：2010年代，中国燃料电池发展加速，政府推出相关政策支持，支持燃料电池汽车、公共交通等领域的应用，也增加了研究机构及行业企业的技术投资力度。
5.成熟阶段：目前，中国的燃料电池技术和产业已经有了较为成熟的基础，投资不断增加，目前的重点是提高燃料电池的效率和降低成本，努力推动燃料电池向产业化、商业化方向更快地发展。
总的来说，中国的燃料电池发展经历了从基础研究到试验应用，再到政策支持和投资加速发展的过程，燃料电池技术及产业已有了较为成熟的基础，未来将进一步加强技术创新和产业协同，推动燃料电池进一步发展。
生物燃料电池研究进展
生物燃料电池研究进展随着人类社会不断发展，环境问题已经成为人们关注的焦点之一。
从能源的角度来看，石油等传统燃料的使用不仅对环境有着巨大的影响，而且这些能源并不是无穷无尽的资源，因此寻找新型、清洁的能源是当今科学家和思想家们共同的目标。
在这其中，生物燃料电池是近年来备受瞩目的一个研究方向。
一、生物燃料电池的产生背景生物燃料电池最早可以追溯到20世纪80年代，当时美国加州大学伯克利分校的研究人员发现，蜡翅状细菌放电能力极强，即使在没有外部光或氧气的情况下，也可以产生电流。
在随后的时间里，科学家们逐渐发现了其他具有放电能力的微生物，如发酵菌、硫化菌、变形菌等。
这为后来生物燃料电池的研究奠定了基础。
二、生物燃料电池的原理生物燃料电池是利用微生物或其酶类催化剂将生物质能源转化为电能的装置。
它的基本构成包括电极、生物质燃料和微生物电化学系统。
首先是电极，生物燃料电池通常由阳极、阴极和质子交换膜组成。
阳极是通过电子传递将生物质燃料氧化为电子和质子的电极。
阴极则是将氧气还原为水和电子的电极。
质子交换膜负责将阳极和阴极之间的质子传输。
其次是生物质燃料。
可以使用的生物质燃料非常广泛，如淀粉、纤维素、乙醇、甲烷等。
最后是微生物电化学系统，将质子通过生物体系中存在的酶类进行加成，使电极上的电位产生差异并产生电压，形成电力。
这些微生物电化学系统非常灵活，可以通过微生物或人工基因工程技术进行改良。
目前，最常用的微生物包括厌氧细菌、弧菌等。
三、生物燃料电池的优点相比传统的化石燃料，生物燃料电池有着以下几个优点：1. 清洁环保生物燃料电池的废物主要是水和氧气，排放量极小。
同时，生物质燃料通常是可再生能源，有着极高的可持续性。
2. 能量稳定生物燃料电池输出电压相对比较稳定。
不像传统燃料电池那样，需要定期更换外部羧基氧化剂或还原剂。
3. 维护简单将微生物固定在电极上几乎没有机械移动部件，因此生物燃料电池在运行时依赖的是微生物的活体反应，其硬件故障率非常低，维护成本较低。
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微生物燃料电池发展历史
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，简称MFC）是一种利用微生物代谢产生的电能的装置。
它能够将有机废弃物转化为电能，具有环保、可持续等优势。
下面将从微生物燃料电池的发展历史角度来介绍它的发展过程。
一、起源与初期研究（20世纪70年代-90年代）
微生物燃料电池的起源可以追溯到20世纪70年代，当时研究人员开始尝试利用微生物的代谢活动来产生电能。
最早的微生物燃料电池是基于微生物产生的氢气来产生电能的。
在20世纪80年代，研究人员开始尝试利用微生物产生的电子来产生电能，这是微生物燃料电池发展的重要里程碑。
然而，初期研究受到技术限制和缺乏理论基础的影响，进展缓慢。
二、技术突破与应用拓展（21世纪初）
21世纪初，随着生物技术和材料科学的发展，微生物燃料电池得到了重要的突破和应用拓展。
研究人员开始利用新型材料，如碳纳米管和纳米颗粒，改善电子传导和电极表面积，提高微生物燃料电池的性能。
此外，对微生物燃料电池的理论研究也取得了进展，为其应用提供了更多的理论指导。
在应用方面，微生物燃料电池开始被应用于一些特定领域。
例如，
在环境领域，微生物燃料电池可以用于处理废水和废气，将有机废弃物转化为电能，并减少环境污染。
在能源领域，微生物燃料电池被用于生物能源的开发，可以利用微生物代谢产生的电能来驱动电力设备。
此外，微生物燃料电池还被应用于传感器和电子装置等领域，为这些设备提供可持续的电源。
三、新型微生物燃料电池的发展（2000年后）
近年来，随着对可再生能源的需求增加以及对环境保护的重视，新型微生物燃料电池得到了更多的关注和研究。
其中，光合微生物燃料电池是近年来发展较快的一种新型微生物燃料电池。
它利用光合微生物（如藻类和光合细菌）的光合作用产生的有机物来产生电能。
这种新型微生物燃料电池不仅具有传统微生物燃料电池的优点，还能够利用太阳能来提供能源，具有更高的能源转化效率和更广泛的应用前景。
还有一些新型微生物燃料电池的研究正在进行中，如厌氧微生物燃料电池、微生物燃料电池与其他能源装置的集成等。
这些研究将进一步推动微生物燃料电池的发展，提高其性能和应用范围。
微生物燃料电池是一种具有巨大潜力的新型能源技术。
经过几十年的发展，微生物燃料电池从最初的实验室研究逐渐走向应用，并取得了重要的技术突破。
未来，随着对可再生能源和环境保护的需求增加，微生物燃料电池将在能源领域发挥更重要的作用，并为人类
提供更清洁、可持续的能源解决方案。