微生物燃料电池资料VIP免费

微生物燃料电池制作人：朱亚辉姚烘烨杨金鹏狄伟强胡灿阳夏德铭时间：2016.10.24DUT研究背景01简单分类03发展展望05基本原理02具体应用04THEMAINCONTENTSResearchonMicrobialFuelCellsDUT1第部分研究背景简单来说：微生物燃料电池（MicrobialFuelCells，MFC）是一种利用微生物（产电菌）将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。MFCs也可以被简单地定义为通过微生物的厌氧呼吸过程氧化底物、还原电极并输出电能的生物电化学系统。研究背景01DUTResearchonMicrobialFuelCells.What’stheMFCs？什么是微生物燃料电池？1911年，英国植物学家Potter发现微生物的催化作用可以在燃料电池系统中产生电压[1]，微生物燃料电池(Microbialfuelcells，MFCs)技术的发展就此开始。20世纪50年代，由于美国航空航天局(NASA)的推动，微生物燃料电池曾一度成为研究热点。1999年，Kim等发现：Shewanellaputrefaciens可以在无外源电子介体的条件下催化MFCs产电，该研究促使MFCs技术摆脱了依赖外源电子介体的瓶颈.研究背景01DUTResearchonMicrobialFuelCells.ThehistoryofMFCs微生物燃料电池发展历史进入21世纪之后，随着《降低电极微生物从海洋废弃物中提取能源》在《科学》杂志的发表，标志着能直接将电子传递给固体电级受体的微生物的发现，使得MFC迅速成为环保领域研究的新热点。研究背景01DUTResearchonMicrobialFuelCells.ThehistoryofMFCs微生物燃料电池发展历史美国宾夕法尼亚州大学氢能源研究中心的BruceE.Logana教授研究MFC构型与电极材料方面的改进，研发出了易于搭建、廉价且高效的MFC雏形。韩国科学技术研究院水环境修复中心的ByungHongKim教授和比利时根特大学微生物生态与技术实验室的WillyVerstraete等则在MFC产电菌和微生态方面做了大量基础研究工作，以探明MFC中电子产生与传递机理及微生物种群的关系及演变。这些研究构成了MFC技术的基本理论框架与技术方法。研究背景01DUTResearchonMicrobialFuelCells.ThehistoryofMFCs微生物燃料电池发展历史2第部分微生物燃料电池基本原理基本原理02DUT0102微生物燃料电池是利用微生物作为反应主体，将燃料（有机物质）的化学能直接转化为电能的一种装置。其工作原理与传统的燃料电池存在许多相同之处。以葡萄糖作底物的燃料电池为例，其阴阳极化学反应式如下：阳极反应：C6H1206+6H2O→C02+24e-+24H+阴极反应：602+24e-+24H+→12H20基本原理02DUT03阴极阳极微生物负载电阻H+质子交换膜氧化剂还原产物e-e-氧化产物直接或间接电子传递有机物O2H20H+e-e-CO2H+e-基本原理02DUT04离子交换膜将阳极室与阴极室相分幵,在每一区域发生着不同的反应。MFCs的工作过程可分为以下几个步骤:(1)在阳极室,微生物将底物氧化,这个过程伴随着电子和质子的释放,同时以细胞膜作为电子的受体;(2)释放出来的电子进一步从细胞膜转移到电池的阳极匕经由外电路到达MFCs的阴极,最终在阴极上与电子受体(氧化剂)结合;(3)氧化过程中生成的质子经电池内部的离子交换膜扩散到阴极区,并与电子受体于阴极表面发生还原反应,氧化物质被还原。从而完成整个MFCs的电子产生、传递、流动过程,形成电流。基本原理02DUT05无介体微生物是MFC研究的主流，这类微生物可以自我产生电子介体或者通过自身的细胞组织进行电子传递，如细胞膜电子传递链和纳米导线，解决了需电子介体微生物燃料电池的高运行成本问题，同时也保证了功率密度的高效输出。目前，研究报道无需外加介体的产电微生物主要有Shewanellaputrefacien、Geobactersulferreducen、Geobactermetallireducens、GeopsychrobacterelectrodiphilusThermincola.sp.、Rhodoferaxferrireducens、Lysinibacillussphaericus等。基本原理02DUT06对于MFC阳极微生物的电子转移机制，普遍认可的方式主要有细胞接触转移、电子中介体转移和纳米导线转移3种。着重介绍纳米导线转移。在纳米导线方面，Lovley等认为，诸如Desulfovibriodesulfuricans等产电微生物的微生物纳米线能更长距离地传导电子，穿越这种杆菌生物膜的菌丝网让生物膜具有了与广泛应用于电子工业的人造导电聚合物相媲美的导电性，电子可在其上传导，传导的距离可为...