图解微生物电池VIP免费

当废旧干电池在土壤中腐烂释放出有毒重金属的时候，当环境污染已成为每个人都不得不面对的问题的时候，当“矿物能源枯竭”已不再是天方夜谭的时候，一种清洁高效的能源走进了人们的视野，它就是微生物燃料电池。微生物燃料电池（MicrobialFuelCell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：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。微生物燃料电池的工作原理图•微生物燃料电池的优点:1.原料广泛。可以利用一般燃料电池所不能利用的多种有机,无机物质作为燃料,甚至可利用光合作用或直接利用污水等。也就是说,地里的高粱秆,吃剩的香蕉皮,甚至是洗菜水都可以转变成电能。2.操作条件温和。一般是在常温,常压,接近中性的环境中工作的。这使得电池维护成本低,安全性强。微生物的培养通常不需要苛刻的条件,只需要"一箪食,一瓢饮",而燃料电池也只是加了容器和两个电极罢了。3.资源利用率高,无污染。既然微生物可以利用如此多的有机原料和无机原料,那么就不必担心要像烧火炉一样每天掏灰,而且不像直接燃烧那么乌烟瘴气,能量利用率也上了一个台阶。•广泛的应用前景原料广泛,条件温和而又清洁高效,微生物燃料电池吸引了能源,交通,环境,航天等各方面的广泛关注。人们希望研制出可用于宇宙飞船的电池,以宇航员的生活废物为燃料,以最高效率的利用能量;微生物燃料电池如果应用于污水处理,既可分解其中的污染物,又可产生电力供应自己和周围地区的需要;甚至,在科幻电影中以天然食物为能源,可以通过"吃饭"来补充能量的机器人也将成为现实。这是一个梦幻般的前景,如果实现,我们将可以广泛使用到大量的,高效的,清洁的能源。在废水中，一般含有丰富的有机物质。利用MFc不仅可以净化水质，还可以发电。因此MFc有望可以把废水处理变成一个有利可图的产业，是MFC最有发展前景的方向。最近由美国宾夕法尼亚州立大学的科学家logan率领的一个研发小组宣布他们研制出一种新型的微生物燃料电池，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源[2J。只要是富含有机物的地方都可以使用这种电池。不过，微生物燃料电池最好的用途还是处理污水，假如污水处理厂使用此类设备，那么它们可以一边处理废水一边发电，从而大大降低污水处理成本。维持废水处理厂的正常运作是一件花费相当高的事情，无论对发展中国家还是对工业化国家来说，处理废水同时又能发电的新燃料电池技术都相当诱人。随着人类进入工业化以来，各种废水的产量也急剧增加。根据美国国家发展委员会统计，美国每年需要处理1．25亿m3的生活污水，处理费用大约为250亿美元，而大部分的成本都花在维持处理厂运转所需的能源上。因此，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。另外MFc还可以用来处理畜牧厂的废水，养猪废水，工业废水㈣。•目前已发现的能用于发电的微生物有：泥细菌，希瓦氏菌，红螺菌，嗜水气单胞菌，还有大肠杆菌，假单细胞菌，枯草杆菌，变形细菌等。利用电极作为唯一电子受体的发现，给MFc的研究与开发带来光明的前景。因为微生物产电不是与其生存直接相关的自然选择压力，只是厌氧呼吸过程的延伸。所以微生物的产电效率在自然条件下是很低的。因此对现有的产电微生物进行驯化改良是进一步提高产电微生物的产电效率重要一步。其主要途径之一是对微生物进行基因工程改造，例如增加某个基因过量表达与电极直接接触的膜蛋白，提高电子传递率。•1.对微生物酶的外壳进行修饰,再将其固定到电极表面从而实现电子的直接传递;2.在比微生物细胞更小的尺度上,直接使用导电聚合物固定酶,使导电聚合物深入到酶的活性中心附近,从而大大缩短电子传递的距离,实现电子的直接传递;3.通过在电极表面进行贵金属纳米粒子,以及碳纳米管等物质的修饰,利用纳米粒子的尺寸效应,表面效应等奇妙的特性来实现直接的,快速的电子传递。目前，对深海环境设计的发电装置海底...