微生物燃料電池陰極功能的研究進展

陳慶云，王云海

（西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室，陜西 西安 710049）

微生物燃料電池（MFC）作為一種在處理廢水的同時能產生電能的技術引起了人們的廣泛關注。該技術利用產電微生物的生物代謝功能在陽極處降解有機污染物，同時微生物自身代謝過程中產生的電子和質子能夠向胞外轉移，電子通過外電路轉移到陰極，質子則向陰極移動，與陰極被還原的氧氣結合成水，從而構成完整回路[1]，其作用原理如圖1所示。早期的MFC的研究主要集中在提高電池產電功率[2]、可處理廢水種類的拓展[3]、不同電極材料的性能優劣[4]、不同膜材料的探究[5]以及陽極產電微生物菌種研究[6]、反應器構型設計[7]等方面。影響 MFC功能的因素很多，主要有微生物的種類和生物活性、裝置的構造、底物和電解質、運行環境（如溫度、pH值）等。最近Ci等[8]和Wang等[9]對這方面的研究做了綜述。其中，電極材料直接影響著細菌的生長、電子轉移的效率、底物的氧化等，關于電極材料的研究已經成為微生物燃料電池領域的研究熱點之一，有多位學者專門對電極材料進行了研究和總結[10-11]。但是陰極的研究范圍一般局限于如何提高陰極在產電效率方面的作用，就其功能方面來說并未得到充分的拓展與應用。為了進一步拓展微生物燃料電池的應用范圍，近年來人們對微生物燃料電池的陰極反應進行了不少的嘗試，如圖2所示，使得MFC技術迅速發展，MFC陰極的功能研究以及利用空間都得到了較大的拓展。……