生物燃料電池研究現狀及進展

劉霄翊

（北京市第二十四中學 北京 100000）

1 引言

人口的增長和資源的緊缺，成為了一對不可避免的矛盾。因此，清潔能源的開發和利用成為了一個緊要問題。生物燃料電池以微生物作為生產過程中的一種材料，然后將電池的化學能轉化為電能。生物燃料電池在日常生活中很常見，因而原料充足，且生物燃料電池擁有很高的能量轉化率，對環境的破壞很小，可以應用到各行各業之中。

2 生物燃料電池概述

2.1 生物燃料電池原理

在研究生物燃料電池發展之前我們需要先了解生物電池工作的基本原理。生物電池指的是將生活中一些生物質能轉化為電能的裝置，而之所以生物質能能夠轉化為電能是因為在生物體內存在一些能量轉換如氧化還原反應，這些化學反應就可以產生人們所需要的電能。

2.2 我國生物燃料電池發展歷程

我國現在生物燃料主要來源是玉米和甘蔗，因為這些植物在我國都屬于高產量植物，且具有大量的糖分，是非常合適的生物燃料。現在流行的微生物燃料電池，首先要求微生物必須是厭氧性的；其次，因為微生物想要作為生物燃料必須要有介質，現在人工合成的介質主要有吩嗪、吩噻嗪、靛酚等，另外在微生物中還有一些可以合成介體，如Pseudomonas aeruginosastrainKRP1能夠合成綠膿菌素和吩嗪-1-甲酰胺等物質，它合成的介體不光自己可以使用，其它的微生物也可以利用它產生的介體傳遞電子。

在很多年前就有科學家對菠菜葉葉綠體進行分解，并將分解出來的蛋白質轉化到導電設備中進行電池的制作。然而這種導電設備的使用壽命僅有21天，且光能轉化為電能的效率較低。雖然當時的研究結果不盡人意，但這項研究吸引了很多人的興趣。隨著研究的不斷發展和創新，電能的轉化率不斷提高，生物燃料電池的能量轉換率將有可能超過太陽能硅電池。此外，科學家們也一直在積極探索這種電池在不同環境狀況下的變化及適應情況?？梢灶A料，生物燃料電池將會在很多領域和行業得到廣泛的應用。經過多年發展，我國生物燃料電池當前發展非常迅速。有數據表明，中國已成為燃料電池潛在消費市場的最大國家，并且，現在我國已擁有世界上與燃料電池相關的專利中的25%以上。

2.3 生物燃料電池現代應用

2.3.1 生物燃料電池所需要的材料能夠直接在生物體內取得，比如：可以直接從生物體內提取獲得電能所需要的氧和燃料?？梢詫⑺@得的電能應用于醫學領域之中，如可以為移植裝置提供一些必需的能量。況且，生物原料存在于人們的日常生活之中，并不是一種很稀有的東西，因此，能夠充足地提供生物燃料電池中所需要的能源。

2.3.2 有句話說：變廢為寶，是對資源的最大節約。污水在生活或者工業領域隨處可見，但是不為大部分人所知的是，在污水中存在許多微生物，如普通變形桿菌屬，埃希氏桿菌屬coli，Atcaligenes eutrophus，定氮菌類chroococum，或芽胞桿菌屬subtilis這些菌類在加以催化劑催化的情況下都可以產生充足的生物電能。這樣一來既能夠獲得人們所需要的能源，而且能夠對污水中的有機化合物進行提取，起到凈化污水的作用。不僅能夠減少污水對環境的污染，也能夠將污水變廢為寶，使之成為一種可以利用的清潔能源。

3 生物燃料電池的特點及其研究方向

3.1 生物燃料電池的特點

生物燃料電池的特點主要包括：（1）能量轉化效率高。轉化率及其利用率高達50%，加上電池生產過程中余熱的利用，總利用率可達到90%。（2）對環境的污染小，幾乎可以達到零排放。（3）在電池制作過程中，對機械運動部件的要求較低，因而對環境的噪音污染較小。（4）構造比較簡單，易于保養維護。模塊化結構，便于組裝和維護，且磨損較少。（5）所需材料的來源范圍較廣，制備方式多種多樣。即通過石油、甲醇、生物體內的能量等產生氫氣，或通過電解水、生物制氫等方法獲取燃料能源。（6）燃料的補充便捷?？梢圆捎眉状甲鳛橐后w燃料的補充和供給，且可以利用現有的加油站來進行供給。（7）環境的變化對生物燃料電池的影響不大，即電池的適應能力較強。因為生物燃料電池具有功率密度高、承載能力強、可不依賴空氣而存在的特點，因此可以有多種應用方式，對多種氣候環境的適應性較強。

3.2 生物燃料電池研究的新進展

近年來，海水淡化問題得到廣泛關注。但目前海水淡化技術還不太完善，不僅需要高壓，還需要消耗非常多的電能，因此有學者改進了一種微生物燃料電池可以幫助海水淡化，并且同時還可以產生一定量的電能，這一科技目前被人們稱為MDC，即淡化鹽水微生物脫鹽池。此外還有微生物電解池技術，原理是利用廢棄生物質、高濃度有機廢水來產生氫和廢物的處理。

3.3 生物燃料電池的研究方向

生物燃料電池的原料來源范圍非常廣泛，操作也很便利，并且對環境的污染也很小，是一種新型優質可再生的清潔能源。由于生物燃料電池這種清潔能源仍處于探索階段，所以生物燃料電池還存在著電池能量不夠穩定，電能轉化率低等問題，但是隨著科技水平的提高，生物燃料電池將會被不斷的改善，并將在今后的電網中提供更多的電能，發揮至關重要的作用。同時還需要加強穩固材料、生物催化率以及電子轉移等相關研究，配合生物燃料電池的研究探索和開發利用。

4 結語

生物燃料電池的出現和發展，將會給能源結構帶來深刻的變革，會涉及汽車行業、工業，以及社會生活各方面的供電系統。生物燃料電池的應用，可以作為各個行業的動力基礎，又可以減輕溫室效應來緩解全球氣候變暖的問題，是一種優質的清潔能源。要利用科技的力量，促進生物燃料電池能源的應用進程，緩解能源緊張問題。

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