微生物燃料电池

微生物燃料电池原理微生物燃料电池最新研究进展相关文件微生物燃料电池第1页微生物燃料电池原理燃料在阳极室内，经过微生物代谢被氧化，电子经过外电路抵达阴极，质子经过质子交换膜抵达阴极，氧化物在催化剂作用下在阴极室内被还原。分为：直接微生物燃料电池间接微生物燃料电池微生物燃料电池第2页直接微生物燃料电池原理直接微生物燃料电池是指燃料直接在电极上被氧化，电子直接由燃料转移到电极。微生物燃料电池第3页间接微生物燃料电池原理间接微生物燃料电池燃料不在电极上氧化，而是在别处氧化后，电子经过某种路径传递到电极上来。微生物燃料电池第4页微生物燃料电池最新研究进展1.与MEMS(microelectromechanicalsystem)结合微生物燃料电池。美国加州大学Berkerley分校机械工程系lin出于对无污染汽车能源和家用能源研究，注意到了微生物燃料电池。其研究表明，微生物燃料电池完全能够做到更小尺度。lin燃料电池当前已能到达0.07cm2面积大小，使用燃料为葡萄糖，催化剂为cerevisiae酵母。这种微生物燃料电池原型中有一个微小空室，用于放置进行发酵作用微生物。葡萄糖溶液经过平行流体槽道进入到这个微小空室中。在微生物进行发酵过程中，产生氢质子和电子。微生物燃料电池第5页Lin试验中，在长达两个小时过程中，该微生物燃料电池产生了300mV电压。这种微型生物燃料电池产生电压，已足以驱动MEMS（microelectromechanicalsystem）器件，同时，微生物燃料电池产生只是二氧化碳和水分。这两种技术融合，可能是未来微机械和微型燃料电池一个含有发展前途方向。比如微型自维持型医疗器械.微生物燃料电池第6页2.处理污水微生物燃料电池最近由美国宾夕法尼亚州立大学科学家Logan率领一个研发小组宣告他们研制出一个新型微生物燃料电池。能够把未经处理污水转变成洁净用水和电源。在发电能力方面，据洛根称在试验室里该设备能提供电功率能够驱动一台小电风扇。即使当前产生电流不大，但该设备改进空间很大。洛根研发小组已经把该燃料电池发电能力提升到了350W洛根希望这一数值最终能到达500W～1000W.等技术成熟后能够批量生产微生物燃料电池发电能力将取得很大提升，洛根认为它能够提供500KW稳定功率，大约是300户家庭用电功率.微生物燃料电池第7页3.吃肉机器人（gastrobot）是一个经过分解有机物质作为能源驱动力机器人。基于微生物燃料电池（MFC）技术吃肉机器人以下列图所表示是一个吃肉机器人，它所依靠正是经典微生物燃料电池技术，可将食物能源转化为电流。以葡萄糖溶液作为基础燃料，利用发酵来起作用。这种基于微生物燃料电池吃肉机器人，主要包含以下几个必要部件：生物催化剂，氧化还原反应中介物；一个阳离子交换隔膜；电极；阴极氧化反应物（比如图中铁氰化物ferricyanide）。微生物燃料电池第8页Electricitygenerationusingmicrobialfuelcells

利用微生物燃料电池发电研究

Y.Mohan,S.ManojMuthuKumar,D.Das∗

DepartmentofBiotechnology,IndianInstituteofTechnology,Kharagpur721302,India

Received20June;accepted9July微生物燃料电池第9页背景知识和研究目标Mediatortype,concentration,pHandsometimesevenmixtureofthethreeplayanimportantroleintheanodepotentialfixing.微生物燃料电池性能受很多原因影响，诸如介体类型、介体浓度、pH值等。微生物燃料电池第10页Inthisstudy,wehaveexaminedtheeffectofdifferentelectronmediators,concentrationofthemediator,ionicstrengthofthemediumandthesurfaceareaofthesalt-bridgeincontactwiththeanodeandcathodechambersonthepowergenerationinMFCs.目标：研究不一样电子介体、介体浓度、介质中离子强度和盐桥表面积对微生物燃料电池性能影响。微生物燃料电池第11页介体介绍氧化还原介体是电子传递关键步骤，充当介体应具备以下条件：①轻易经过细胞壁；②轻易从细胞膜上电子受体获取电子；③电极反应快；④溶解度、稳定性等要好；⑤对微生物无毒；⑥不能成为微生物食料。一些有机物和金属有机物能够用作微生物燃料电池氧化还原介体，其中，较为经典是硫堇、Fe（Ⅲ）EDTA和中性红等。微生物燃料电池第12页MaterialsandmethodsDesignandoperationofMFC阴极、阳极室：500ml玻璃瓶，侧面开口（直径0.8cm），由盐桥（长8cm，直径0.7cm）连接，置于室温28℃左右。电极：石墨棒（长4.5cm，直径0.7cm）电路：铜线连接两个电极，电阻，万用表等菌种：EnterobactercloacaestrainIIT-BT08培养基：400ml无菌MYG，MYG(Maltextract1%,Yeastextract0.4%,Glucose1%)，按10%量接菌，阳极室通入氩气排净氧气。介体：methylviologen(MV)-甲基紫罗碱和methyleneblue(MB)-甲基蓝，MV浓度，0.05，0.1，0.5mM；MB浓度，0.01，0.03，0.05，0.08mM.NaCl用来增加离子强度，浓度为100，25，10mM盐桥：2%琼脂和饱和KCl（37g/100ml）溶液阴极：不停通入氧气。微生物燃料电池第13页Datacaptureandanalysis电压和电流用万用表测量最大功率用公式计算：

Pmax=Vmax×IV代表最大开路电压，电流为对应值功率密度用公式Pmax/A计算，A代表阳极表面积，电流密度用公式Imax/A计算。微生物燃料电池第14页结果和讨论-MV不一样浓度试验图一MV做电子介体，浓度为0.1mM，最大电压为0.4V。之后改变浓度从0.1变为0.05和0.5，发觉对最大电压没有影响。但没有检测到电流。微生物燃料电池第15页MB不一样浓度试验图二浓度为0.05mM，有最大电压为0.37V；浓度为0.03mM时，最大电流为56.7uA；最大功率为19.2uW.对应功率密度和电流密度为9.33mW/m2和27.59mA/m2.（见下列图和表）微生物燃料电池第16页微生物燃料电池第17页微生物燃料电池第18页离子强度试验然后用0.03mMMB做下一步试验。Similarly,maximumpowerwasobservedwhen10mMNaClconcentrationwasused.浓度为10mM时观察到有最大功率。A100mMconcentrationsloweddownthegrowthofthestrainintheanodechamber。浓度为100mM时减慢了菌株生长。25mMNaClgeneratedlesspowercomparedwith10mMNaCl。25mM时比100mM产电量要少。Nocurrentwasdetectedintheabsenceofsaltinthemedium.没有盐存在时监测不到电流。微生物燃料电池第19页ThisfurthercorroboratedthefactthattheionicstrengthofthemediaintheMFCaffectstheperformanceoftheMFC.证实了离子强度可影响MFC性能。Additionofthesaltprobablyincreasestheconductivityofthemediumbydecreasingtheinternalresistance;thus,highercurrentgenerationwasobservedwhensaltwasaddedinthemedium.可能经过减小内阻增加导电性。微生物燃料电池第20页surfaceareaofthesaltbridge

盐桥表面积试验Whenthesurfaceareaofthesaltbridgeincontactwithanodeandcathodechamberswasincreasedfrom0.4to15.9cm2,analmostproportionateincreaseinthemaximumpowergenerationwasobserved.盐桥表面积从0.4增加到15.9cm2时，最大功率增加。

Arelativelyhigherpowerdensityof236mW/m2andcurrentdensityof666.7mA/m2wereseen.电流密度和功率密度较高。Increasedsurfaceareamighthaveprobablyassistedinefficienttransferoftheprotonsfromtheanodechambertothecathodechamber,thusallowingthecircuittobecompletedatafasterrate.表面积增加可能有利于质子有效传递。

微生物燃料电池第21页Conclusions结论SaltbridgeMFCisthesimplestbiologicalfuelcellthatcanbedesignedandstudied.盐桥MFC在设计和研究中是最简单生物燃料电池。TheperformanceoftheMFCdependsonthetypeofmediator,mediatorconcentration,ionicstrengthandsurfaceareaofthecationexchangerincontactwiththeanodeandcathodechamber.MFC性能受很多原因影响，诸如介体类型、介体浓度、离子强度等。AllthesefactorsneedtobeoptimizedformaximizingthepowergenerationinanytypeofMFC.为了最大化产电，影响原因需要优化。微生物燃料电池第22页问题与展望生物燃料电池本身潜在优点使人们对它发展前景看好，但要作为电源应用于实际生产与生活还比较遥远。其