什么是微生物燃料电池:结构及其工作原理

最近，由于有限的资源和巨大的能源需求，世界正在经历一场能源危机。因此，另一种方法发电有必要的。开发了一种称为微生物燃料电池（MFC）的技术。为了产生电力，该技术使用微生物将化学能转化为电能。2021欧洲杯足球竞猜官方平台在许多研究和合作之后，众所周知，来自微生物的废物也使用包括各种碳源以产生电力。本文介绍了基础知识的简要说明微生物燃料电池(MFC)及其工作。

什么是微生物燃料电池?

一种生物电化学系统，能将有机化合物或其它有机物的化学能转化为电能可再生能源通过阳2021欧洲杯足球竞猜官方平台极处的微生物催化反应在电能或生物电能被称为微生物燃料电池（MFC）。

从废水处理或工业废水中发电是一种有吸引力的替代技术。它利用细菌将有机物直接转化为电能。2021欧洲杯足球竞猜官方平台它被认为是一种回收可再生能源的新方法。

MFC技术用于将化学能转换为来自有机废物或碳源的电能，通过氧化过程和电化学活性细菌进行。2021欧洲杯足球竞猜官方平台

它通过利用基材的厌氧氧化过程产生的电子产生电。它由两个腔室组成，例如阳极和阴极。它们通过称为交换膜的特定膜分开。MFC技术中使用的微生物是生物电化学活性细菌。MFC产生的功率密度是反应器体积的1kW / m ^ 3。

微生物燃料电池的工作

微生物燃料电池（MFC）的工作技术基于氧化还原反应的原理。细菌氧化有机物以产生二氧化碳（CO 2），电子和质子。微生物的天然代谢用于产生电力。基质通过细菌转化为电子。双腔MFC如下所示，说明了MFC技术的工作。

它由阳极、阴极、交换膜或盐桥组成。阳极室是厌氧的，阴极室是好氧的。交换膜要么是阳离子交换膜，要么是质子交换膜，连接两个室，只允许质子扩散。

MFC由阳极和阴极室组成，它们由质子交换膜（PEM）分开，如上图所示。在阳极，微生物或微生物氧化燃料/基板以产生质子，电子和CO 2。当质子通过交换膜移动到阴极室。

电子从阳极腔室转移到采用外部电路产生的阴极室2021欧洲杯足球竞猜官方平台2021欧洲杯足球竞猜官方平台电能。在阴极，消耗质子和电子，与氧气（O2）结合，形成为水。因此，整个过程的阳极和阴极反应是给出的，

阳极反应

CH3COO- + H2O + 2CO2 + 2H+ + 8e−

阴极反应

O2 + 4H+ 4e−—> 2H2O(其中E°= 1.23伏)

从上面的等式中，我们可以观察到，为了保持电力的产生，氧气被连续消耗。通过使用空气阴极或通过鼓泡水，氧气设置在阴极室中。氧气的氧化还原电位比任何其他电子受体更多。因此，它被认为是更好的阴极电子接收器。

电极与氧气的接触失效，碳电极上的慢速降低氧气是导致微生物燃料电池技术中氧的限制的缺点。即使通过使用涂有催化剂的电极可以改善阴极室的反应。由于催化剂是稀有金属和昂贵的。

微生物燃料电池类型

有两种类型的MFC技术，这是无介导和介体类型。

介质自由微生物燃料电池（MFC）

这种类型的MFC使用Bio电化学激活的细菌以将电子传递到电极。它含有电化学活性氧化还原酶，如细胞变色，其存在于外膜上并有助于转移电子。

生物膜在阳极室的表面形成，并通过电导直接向阳极传递电子。这类生物电化学活性细菌的例子是嗜水气单胞菌和腐败希瓦氏菌。

介体微生物燃料电池（MFC）

这种类型的MFC是电化学无效的。这意味着，燃料中的细菌不能在培养酸样的介质中转移电子而没有任何支持。在这种类型中使用的介质是不希望的，有毒和昂贵的。通过将电子捕获并将它们转移到阳极以进行再氧化过程，介体减少氧化状态。这种类型最常用于实验室。

其他类型的微生物燃料电池是，

• 微生物电解燃料电池（MEFC）
• 基于土壤的MFC
• 镜头胶质生物膜MFC
• 纳米多孔MFC
• 沉积物MFC
• 薄膜MFC

微生物燃料电池的组分

有各种微生物燃料的组件细胞，主要分为2个腔室。它们是阳极室和阴极室。阳极室包含阳极，阴极室含有阴极。在本节中讨论了微生物燃料电池的几个组分。

• 阳极室
• 阴极室
• 交换膜
• 基质
• 2021欧洲杯足球竞猜官方平台电路。
• 微生物或微生物
• 用于连接电极的电极和铜线。

阳极室

它是一种生物相容性和导电部件，其用基材化学稳定。该腔室中存在的细菌将基材转化为H 2 O（水），CO 2（二氧化碳）和能量。这些细菌储存在具有有限氧水平的环境中。它由具有石墨棒或板的不锈钢网组成。

阴极室

在该腔室中，质子和电子重新组合。氧气（O2）的水平降低到水中。它使用Pt作为催化剂。

交换膜

它充当阳离子交换膜或质子交换膜。MFC技术中的交换膜使用Ultrex或Nafion。使质子通过该膜流过。在另一侧，电子和质子重新组合。

2021欧洲杯足球竞猜官方平台电路

电子离开阳极室，通过电路为负载提供电源。2021欧洲杯足球竞猜官方平台

基板

它们被用来为细菌细胞产生能量。微生物燃料电池的功率密度、库仑效率、性能和经济可行性受到所使用的基质类型的影响。可用于MFC的有机底物有蛋白质、挥发性酸、碳水化合物、废水和纤维素。最常用的基材是醋酸酯。

微生物

MFC技术中使用的微生物或微生物是基于细菌的培养。

1）。轴烯菌细菌

• 减少细菌的金属
• Geobacter sulfurreducens
• rhodoferax ferreducens.
• Clostridium Beijerinckii.
• Shechanella Putrefaciens。

2）。混合细菌燃料

• Alcaligenes粪群落
• 铜绿假单胞菌
• 肠球菌都有效
• 变形菌门
• Desulfuromonas
• Clostridum itricum.
• 拟杆菌
• 固氮细菌，如偶氮螺旋菌和偶氮弧菌
• 航空托纳斯物种

微生物燃料电池的构建

微生物燃料电池技术用于通过有机废物的氧化过程和几种碳源将化学能转换为电能。2021欧洲杯足球竞猜官方平台各种种类组件参与施工微生物燃料电池技术是阳极和阴极室，微生物，交换膜，基板，电极和电路产生电力。2021欧洲杯足球竞猜官方平台

• MFC的阳极和阴极室由玻璃、有机玻璃和聚碳酸酯材料组成。用碳纸、碳布、石墨等材料作为阳极电极。为了保持电极的好氧特性，使用了空气阴极，它由聚乳酸黑催化剂材料或铂材料组成。
• 在MFC技术中，大多数微生物种群属于Shewanella和Geobacter种。为了发电，光合细菌被有效地利用了。混合细菌培养用于MFC，如天然微生物群落、海洋和湖泊沉积物、生活废水和啤酒废水。
• 为了产生功率，在MFC中使用乙酸盐，葡萄糖，丙酸盐和丁酸盐等底物。在生物发电中，使用各种有机底物，其参与微生物的厌氧活性。
• 为了持续发电，生活废水得到有效利用。最大功率密度生产-猪废水;生物发电和制氢用。废污泥;用于生物发电-石油废水。

微生物燃料电池技术的构建取决于其设计。MFC有两种设计，例如单腔MFC和双或两腔MFC。

一院制MFC

这种微生物燃料电池设计只有一个阳极室，它与一个空气阴极耦合，以传递质子和电子。单腔MFC的设计如下图所示。它可以在连续模式或批处理模式下运行。

两腔MFC

它是一种经典的技术，由两个或双腔室组成，其由交换膜隔开。它以批处理模式运行并以连续模式工作。该MFC设计广泛用于实验室。双腔MFC的设计如下图所示。为了产生电力，它使用醋酸盐或葡萄糖作为基材。它可在圆柱形，矩形，上流圆柱形，微型和U形阴极上使用。

优点

的微生物燃料cel的优点L技术如下。

• 该技术可以从生物母猪和有机物产生电力。
• 它可以将基板的能量转换成电能/电。2021欧洲杯足球竞猜官方平台
• 曝气
• 遗漏气体处理
• 有毒化合物的生物修复。

缺点

以下是微生物燃料电池的缺点技术

• 产生的功率密度低。
• 非常贵
• 存在激活损耗和欧姆
• 细菌的代谢损失。

应用程序

下面列出了一些微生物燃料电池应用。

• 用于产生电力或电力和生物电力。
• 中使用的生物传感器
• 用于沼气
• 用于废水处理
• 用于各种生物燃料应用，如气体。
• 用于海水淡化过程
• 用于生产二次燃料
• 用作教育工具。

因此，这一切都是关于微生物燃料电池概述技术 - 定义，类型，工作，建筑，优点，缺点和应用。微生物燃料电池技术是在处理废水期间发电的新来源。这是一个问题，“介质介质型MFC和免费MFC之间有什么差异是什么？“