文 献 综 述

1.研究背景

能源是人类赖以生存和发展的重要基础。几个世纪以来，煤、石油和天然气等化石能源支撑了人类社会的高速发展，但化石燃料不可再生，预计将在未来 100 年或稍长时间内耗竭，全球能源安全面临严峻挑战；同时，化石能源的利用造成了 严重环境污染 ，引发了全球气候变暖。开发清洁高效的新能源已成为人类社会可持续发展的战略抉择。为了解决不可再生能源(如煤，石油等)日益短缺造成的能源危机和减小温室气体大量排放给环境带来的巨大污染，寻找绿色环保型替代能源已成为各国研究者关注的热点。微生物燃料电池以其独特的优势在近些年引起了学者的广泛关注^[1]。

MFC问世于 20 世纪初。1911 年，英国植物学家 Potter首次发现酵母和大肠杆菌能够产生电流^[2]，从此拉开了 MFC研究的序幕。然而在相当长的一个时期，MFC研究一度陷入停滞。直到上世纪 60 年代，美国航空航天局投入大量人力和财力，开发将航天员产生的有机废物转化成电能的技术，才重新点燃人们对MFCs的兴趣。此后又因其他电能技术的快速发展，MFC研究再次陷入低谷。20 世纪 80 年代后，由于能源危机的巨大压力以及化石能源的环境污染，MFC研究再度受到人们关注。特别是进入 21 世纪后，在全球范围掀起了MFC研究的热潮^[3,4]。随着对MFC研究的深入，人们发现了许多 MFC的新功能，其研究领域不断拓展。在能源领域，它不但用于生产电能，而且用于制取生物质能（氢气和甲烷等）。

2.研究意义

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种通过微生物的代谢作用将蕴藏在有机物中的化学能转化成电能的装置^[5]。与其他燃料电池相比，它具有以下优点^[6]:①燃料来源广泛，生活污水、发酵废糟等都可以作为燃料;②反应条件温和，一般可在室温下进行川;③清洁、环保，不会引起环境污染。

与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFC具有操作上和功能上的优势。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的所有生

物能处理，MFC在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。第三，MFC不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量。第四，MFC不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动的补充阴极气体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFC具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性^[7]。

3.MFC作用原理

微生物燃料电池（microbial fuel cells, MFC）是一种以微生物为催化剂将化学能直接转化为电能的装置。其基本工作原理是^[8]：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水^[9]。

典型 MFC的基本结构如图2 所示，主要由阳极室、阴极室、膜（或分隔物）和外电路组成。