[生物学]生物燃料电池.ppt

当前，能源危机，人们关注微生物，寻找，利用生物质，产电或氢and无大量CO2产生，微生物：分解有机废物并废水净化， * 微生物燃料电池的特点 MFCs性能影响因素： 微生物的新陈代谢（菌种、温度、pH、底物浓度） 微生物的电子转移 生物 电解液的内阻膜的性能 氧在阴极被还原的效率 不同的介体 阳极初始电势 电极材料、大小、形状 MFCs重点研究的应用领域 替代能源 ： 工作原理和功能上与其他燃料电池相差无几，但其输出功率却比后者要低三至四个数量级，与作为大规模的替代能源应用还有很大距离。 为一些只需要较小电量就能运行的装置提供能源是可能的：边远地区监控摄像头、 机器人、医疗、军事（空间技术）、航海等。 MFCs重点研究的应用领域 新的水处理工艺优点：①产电。取决于废水浓度和库仑效率；②无需曝气。在阴极处只需要被动的氧气传递；③减少了固体的产生。厌氧工艺，产生细菌的生物量将减少；④潜在的臭味控制。 可处理的废水：各种食品加工废水、养殖废水、屠宰废水；含淀粉、硝酸盐、酚类物质、中药、糖类、其他有机类的废水。 MFCs重点研究的应用领域 微生物传感器（BOD5传感器） 广泛工作的MFCs使用的原则制定新的BOD5传感器在于： ①、电池产生的电流或充电之间的污染物浓度呈良好的线性关系; ②、电池的电流对污水响应速度更快; ③、有较好的重复性。 生物修复 人工湿地、石油污染水、地下水、湖泊沉积物等等。 MFCs重点研究的应用领域 MFCs重点研究的应用领域 产氢 MFCs重点研究的应用领域 MFCs重点研究的应用领域 MFCs重点研究的应用领域 深海MFCs 概念，利用沉积物作为一个远程电源在海底或供电的数据采集设备或服务的一个加油站。 MFCs重点研究的应用领域 深海MFCs 这一概念的SMFC很简单：将阳极进入厌氧沉积物和阴极到上覆水含有溶解氧。高盐度的海水提供了良好的离子导电电极之间，且有机质需要由细菌产生电已经在沉积物。显着的测试的一部分，是外电的细菌目前已在沉积物，而且他们能够充分竞争的微生物利用其他电子受体产生有用的功。他们指出，在大陆边缘沉积物通常包含2 - 3 %的有机碳（干重）和不断变化的新的碳沉积物捕获的这种装置可以维持，如果发电在50毫瓦/平方米基本上无限期。 微生物燃料电池的研究热点 动力学： 1）选择产电效率高的菌种； 2）选择适合的不同菌种进行复合培养，使之在电池中建立这种所谓的共生互利关系，以获得较高的输出功率； 3）增大阳极的表面积。 微生物燃料电池的研究热点 内阻： 1）PEM对内阻的影响； 2）PEM和电极的空间距离对内阻的影响； 3）电极间距离和电极表面积对系统内电阻的影响。 微生物燃料电池的研究热点 传递问题： 反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区电子最终受体的扩散速率是电子传递过程中的主要制约因素。氧溶解度低(尝试设计空气阴极微生物燃料电池)。 微生物燃料电池小结 微生物燃料电池自身潜在的优点展示了其良好的发展前景，但作为电源应用于实际生产与生活还比较遥远。其主要原因是输出功率密度与其它电池技术相比存在着数量级上的差距。此外，较之其它电池，制作与运行成本也较高。若微生物燃料电池能降低成本和提高发电效率，将会为废水处理节省庞大的开支。因此，微生物燃料电池有必要在以下几方面开展研究： (1)目前大多数微生物燃料电池由单一菌种构建。要达到普遍应用的目的，急需发现能够使用广泛有机物作为电子供体的高活性微生物。今后的研究将继续致力于发现和选择这种高活性微生物。以有机废水(如淀粉厂出水)为燃料建立微生物燃料电池，试图分离所需菌种。 微生物燃料电池小结 (2)在电池的构造方面，现有的微生物燃料电池一般有阴阳两个极室，中间由质子交换膜隔开。这种结构不利于电池的放大。单室设计的微生物燃料电池将质子交换膜缠绕于阴极棒上，置于阳极室，这种结构有利于电池的放大，己用于大规模处理污水。 (3)电能的输出很大程度上受到阴极反应的影响。低电量输出往往由于阴极微弱的氧气还原反应以及氧气通过质子交换膜扩散至阳极。特别是对于一些兼性厌氧菌而言，氧气扩散到阳极会严重影响电量的产生，因为这类菌很可能不再以电极为电子受体而以氧气作最终电子受体。对于阴阳极材料的选择继续是微生物燃料电池研究的重点之一。 微生物燃料电池小结 (4)质子交换膜对于维持微生物燃料电池电极两端pH值的平衡、电极反应的正常进行都起到重要的作用。理想的质子交换膜应具有将质子高效率传递到阴极；阻止燃料(底物)或电子受体(氧气)的迁移。但是，通常的情况是，质子交换膜微弱的质子传递能力改变了阴阳极的pH值，从而减弱了微生物活性和电子传递能力，