微生物燃料電池：新型產能生物技術

微生物燃料電池並不是新興的東西
，應用微生物作為電池中的催化劑這一概念從上個世紀70年代就已存在，並且運用微生物燃料電池處置家庭汙水的想象也於1991年完成。但是，經過提升能量輸出的微生物燃料電池則是重生的，為這一事物的實踐應用提供了可能的時機。

MFCsjiangnenggoubeishengwujiangjiedewuzhizhongkeyingyongdenengliangzhijiezhuanhuachengweidianneng。yaodaodazheyimude
，zhixuqiushixijuncongyingyongtadezirandianzichuansongshouti，liruyanghuozhedan，zhuanhuaweiyingyongburongxingdeshouti，bifangMFCdeyangji。zheyizhuanhuannenggoujingguoyunyongmolianzufenhuozhekerongxingdianzichuanyuetilaiwancheng。ranhoudianzijingyouyigedianzuqiliuxiangyinji，zainalidianzishoutibeifuyuan。yuyanyangxingxiaohuazuoyongxiangbi，MFC能產生電流，並且生成了以二氧化碳為主的廢氣。

與現有的其它應用有機物產能的技術相比，MFCs具有操作上和功用上的優勢。首先它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率。其次

，不同於現有的一切生物能處置，MFCs在常溫
，以至是低溫的環境條件下都可以有效運作。第三
，MFC不需求停止廢氣處置，由於它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳，普通條件下不具有可再應用的能量。第四，MFCs不需求能量輸入
，由於僅需通風就能夠被動的補充陰極氣體。第五，在缺乏電力根底設備的部分地域，MFCs具有普遍應用的潛力，同時也擴展了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。

微生物燃料電池中的代謝

weilequanhengxijundefadiancaineng，kongzhiweishengwudianzihezhiziliudedaixietujingbixuyaokendingxialai。chuqudiwudeyingxiangzhiwai

，dianchiyangjideshinengyejiangjueyixijundedaixie。zengjiaMFCdedianliuhuijiangdiyangjidianshi，zhaozhixijunjiangdianzichuansonggeigengjufuyuanxingdefuhewu。yineryangjidianshijiangjueyixijunzuizhongdianzichuanyuedeyanghuafuyuandianshi，tongshiyejueyiledaixiedeleixing。yijuyangjishinengdebutongkeyibianbieyixiebutongdedaixietujing：高氧化複原氧化代謝，中氧化複原到低氧化複原的代謝，以及發酵。因而，目前報道過的MFCs中的生物從好氧型、兼性厭氧型到嚴厲厭氧型的都有散布。

在高陽極電勢的狀況下，細菌在氧化代謝時可以運用呼吸鏈。電子及其相隨同的質子傳送需求經過NADH脫氫酶、泛醌、輔酶Q或細胞色素。Kim等研討了這條通路的應用狀況。他們察看到MFC中電流的產生可以被多種電子呼吸鏈的抑止劑所阻斷。在他們所運用的MFC中，電子傳送係統應用NADH脫氫酶
，Fe/S（鐵/硫）蛋白以及醌作為電子載體
，而不運用電子傳送鏈的2號位點或者末端氧化酶。通常察看到
，在MFCs的傳送過程中需求應用氧化磷酸化作用，招致其能量轉化效率高達65%。常見的實例包括假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa），微腸球菌（Enterococcus faecium）以及Rhodoferax ferrireducens。

jiarucunzaiqitaketidaidedianzishouti，ruliusuanyan，huizhaozhiyangjidianshijiangdi，dianzizeyiyuduijizaizhexiezufenshang。dangyunyongyanyangyunizuoweijiezhongtishi，nenggoufanfuxingdechakandaozhaoqidechansheng，tishizaizhezhongzhuangkuangxiaxijunbingweiyunyongyangji。jiarumeiyouliusuanyan、硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)或(huo)者(zhe)其(qi)它(ta)電(dian)子(zi)受(shou)體(ti)的(de)存(cun)在(zai)，假(jia)如(ru)陽(yang)極(ji)持(chi)續(xu)維(wei)持(chi)低(di)電(dian)勢(shi)則(ze)發(fa)酵(jiao)就(jiu)成(cheng)為(wei)此(ci)時(shi)的(de)主(zhu)要(yao)代(dai)謝(xie)過(guo)程(cheng)。例(li)如(ru)，在(zai)葡(pu)萄(tao)糖(tang)的(de)發(fa)酵(jiao)過(guo)程(cheng)中(zhong)，觸(chu)及(ji)到(dao)的(de)可(ke)能(neng)的(de)反(fan)響(xiang)是(shi)：C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2 或 6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它(ta)標(biao)明(ming)
，從(cong)理(li)論(lun)上(shang)說(shuo)，六(liu)碳(tan)底(di)物(wu)中(zhong)最(zui)多(duo)有(you)三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)的(de)電(dian)子(zi)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)，而(er)其(qi)它(ta)三(san)分(fen)之(zhi)二(er)的(de)電(dian)子(zi)則(ze)保(bao)管(guan)在(zai)產(chan)生(sheng)的(de)發(fa)酵(jiao)產(chan)物(wu)中(zhong)，如(ru)乙(yi)酸(suan)和(he)丁(ding)酸(suan)鹽(yan)。總(zong)電(dian)子(zi)量(liang)的(de)三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)用(yong)來(lai)發(fa)電(dian)的(de)緣(yuan)由(you)在(zai)於(yu)氫(qing)化(hua)酶(mei)的(de)性(xing)質(zhi)，它(ta)通(tong)常(chang)運(yun)用(yong)這(zhe)些(xie)電(dian)子(zi)產(chan)生(sheng)氫(qing)氣(qi)，氫(qing)化(hua)酶(mei)普(pu)通(tong)位(wei)於(yu)膜(mo)的(de)外(wai)表(biao)以(yi)便(bian)於(yu)與(yu)膜(mo)外(wai)的(de)可(ke)活(huo)動(dong)的(de)電(dian)子(zi)穿(chuan)越(yue)體(ti)相(xiang)接(jie)觸(chu)，或(huo)者(zhe)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)在(zai)電(dian)極(ji)上(shang)。同(tong)反(fan)複(fu)察(cha)看(kan)到(dao)的(de)現(xian)象(xiang)分(fen)歧(qi)，這(zhe)一(yi)代(dai)謝(xie)類(lei)型(xing)也(ye)預(yu)示(shi)著(zhe)高(gao)的(de)乙(yi)酸(suan)和(he)丁(ding)酸(suan)鹽(yan)的(de)產(chan)生(sheng)。一(yi)些(xie)已(yi)知(zhi)的(de)製(zhi)造(zao)發(fa)酵(jiao)產(chan)物(wu)的(de)微(wei)生(sheng)物(wu)分(fen)屬(shu)於(yu)以(yi)下(xia)幾(ji)類(lei)：梭菌屬（Clostridium），產堿菌（Alcaligenes），腸球菌（Enterococcus），都曾經從MFCs中別離出來。此外，在獨立發酵實驗中，察看到在無氧條件下MFC富集培育時，有豐厚的氫氣產生，這一現象也進一步的支持和考證這一通路。

發酵的產物，如乙酸，在低陽極電勢的狀況下也可以被諸如泥菌屬等厭氧菌氧化，它們可以在MFC的環境中攫取乙酸中的電子。

代(dai)謝(xie)途(tu)徑(jing)的(de)差(cha)別(bie)與(yu)已(yi)觀(guan)測(ce)到(dao)的(de)氧(yang)化(hua)複(fu)原(yuan)電(dian)勢(shi)的(de)數(shu)據(ju)一(yi)同(tong)
，為(wei)我(wo)們(men)一(yi)窺(kui)微(wei)生(sheng)物(wu)電(dian)動(dong)力(li)學(xue)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)深(shen)化(hua)的(de)窗(chuang)口(kou)。一(yi)個(ge)在(zai)外(wai)部(bu)電(dian)阻(zu)很(hen)低(di)的(de)狀(zhuang)況(kuang)下(xia)運(yun)轉(zhuan)的(de)MFC，在剛開端在生物量積聚時期隻產生很低的電流，因而具有高的陽極電勢（即低的MFC電池電勢）。這(zhe)是(shi)關(guan)於(yu)兼(jian)性(xing)好(hao)氧(yang)菌(jun)和(he)厭(yan)氧(yang)菌(jun)的(de)選(xuan)擇(ze)的(de)結(jie)果(guo)。經(jing)過(guo)培(pei)育(yu)生(sheng)長(chang)
，它(ta)的(de)代(dai)謝(xie)轉(zhuan)換(huan)率(lv)
，表(biao)現(xian)為(wei)電(dian)流(liu)程(cheng)度(du)，將(jiang)升(sheng)高(gao)。所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)這(zhe)種(zhong)適(shi)中(zhong)的(de)陽(yang)極(ji)電(dian)勢(shi)程(cheng)度(du)將(jiang)有(you)利(li)於(yu)那(na)些(xie)順(shun)應(ying)低(di)氧(yang)化(hua)的(de)兼(jian)性(xing)厭(yan)氧(yang)微(wei)生(sheng)物(wu)生(sheng)長(chang)。但(dan)是(shi)此(ci)時(shi)
，專(zhuan)性(xing)厭(yan)氧(yang)型(xing)微(wei)生(sheng)物(wu)依(yi)然(ran)會(hui)遭(zao)到(dao)陽(yang)極(ji)倉(cang)內(nei)存(cun)在(zai)的(de)氧(yang)化(hua)電(dian)勢(shi)，同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)能(neng)遭(zao)到(dao)跨(kua)膜(mo)浸(jin)透(tou)過(guo)來(lai)的(de)氧(yang)氣(qi)影(ying)響(xiang)
，而(er)處(chu)於(yu)生(sheng)長(chang)受(shou)抑(yi)的(de)狀(zhuang)態(tai)。假(jia)如(ru)外(wai)部(bu)運(yun)用(yong)高(gao)電(dian)阻(zu)時(shi)

，陽(yang)極(ji)電(dian)勢(shi)將(jiang)會(hui)變(bian)低(di)，以(yi)至(zhi)隻(zhi)維(wei)持(chi)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)程(cheng)度(du)。在(zai)那(na)種(zhong)狀(zhuang)況(kuang)下(xia)
，將(jiang)隻(zhi)能(neng)選(xuan)擇(ze)順(shun)應(ying)低(di)氧(yang)化(hua)的(de)兼(jian)性(xing)厭(yan)氧(yang)微(wei)生(sheng)物(wu)以(yi)及(ji)專(zhuan)性(xing)厭(yan)氧(yang)微(wei)生(sheng)物(wu)


，使(shi)對(dui)細(xi)菌(jun)品(pin)種(zhong)的(de)選(xuan)擇(ze)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)被(bei)局(ju)限(xian)了(le)。

MFC中的陽極電子傳送機製

MFCszhongshendingchudexuduofajiaoxingdeweishengwudoujuyoumouyizhongqinghuamei，lirubushisuojunheweichangqiujun。qinghuameikenengzhijiecanyuledianzixiangdianjidezhuanyiguocheng。zuijin
，zheyiguanyudianzichuansongbanfadexiangxiangyouMcKinlay和Zeikus提出

，但是它必需分離可挪動的氧化穿越體。它們展現了氫化酶在複原細菌外表的中性紅的過程中扮演了某一角色。

細菌能夠運用可溶性的組分將電子從一個細胞（內）的化合物轉移到電極的外表
，同時隨同著這一化合物的氧化。在很多研討中，都向反響器中添加氧化型中間體比方中性紅，勞氏紫（thionin）和甲基紫蘿堿（viologen）。經曆標明這些中間體的添加通常都是很關鍵的。但是，細菌也可以本人製造這些氧化中間體，經過兩種途徑：經過製造有機的、能夠被可逆的複原化合物（次級代謝物）
，和經過製造能夠被氧化的代謝中間物（初級代謝物）。

第一種途徑表現在很多品種的細菌中，例如糜爛謝瓦納拉菌（Shewanella putrefaciens）以及銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。近期的研討標明這些微生物的代謝中間物影響著MFCs的性能
，以至普遍幹擾了胞外電子的傳送過程。失活銅綠假單胞菌的MFC中(zhong)的(de)這(zhe)些(xie)與(yu)代(dai)謝(xie)中(zhong)間(jian)體(ti)產(chan)生(sheng)相(xiang)關(guan)的(de)基(ji)因(yin)
，能(neng)夠(gou)將(jiang)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)流(liu)單(dan)獨(du)降(jiang)低(di)到(dao)原(yuan)來(lai)的(de)二(er)非(fei)常(chang)之(zhi)一(yi)。由(you)一(yi)種(zhong)細(xi)菌(jun)製(zhi)造(zao)的(de)氧(yang)化(hua)型(xing)代(dai)謝(xie)中(zhong)間(jian)體(ti)也(ye)可(ke)以(yi)被(bei)其(qi)他(ta)品(pin)種(zhong)的(de)細(xi)菌(jun)在(zai)向(xiang)電(dian)極(ji)傳(chuan)送(song)電(dian)子(zi)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)所(suo)應(ying)用(yong)。

經過第二種途徑細菌可以製造複原型的代謝中間體——但還是需求應用初級代謝中間物——運用代謝中間物如Ha或者HgS作為媒介。Schroder等應用E.coli K12產生氫氣，並將浸泡在生物反響器中的由聚苯胺維護的鉑催化電極處停止再氧化。經過這種辦法他們取得了高達1.5mA/cm2（A，安培）的電流密度，這在之前是做不到。類似的
，Straub和Schink發表了應用Sulfurospirillum deleyianum將硫複原至硫化物，然後再由鐵重氧化為氧化水平更高的中間物。 評價MFCs性能的參數

運用微生物燃料電池產生的功率大小依賴於生物和電化學這兩方麵的過程。

底物轉化的速率

遭到如下要素的影響，包括細菌細胞的總量
，反響器中混合和質量傳送的現象，細菌的動力學（p-max——細菌的種屬特異性最大生長速率，Ks——細菌關於底物的親和常數），生物量的有機負荷速率（每天每克生物量中的底物克數），質子轉運中的質子跨膜效率，以及MFC的總電勢。

陽極的超極化

普通而言，丈量MFCs的開放電路電勢（OCP）的值從750mV~798mV。影響超極化的參數包括電極外表，電極的電化學性質
，電極電勢，電極動力學以及MFC中電子傳送和電流的機製。

陰極的超極化

與在陽極觀測到的現象類似，陰極也具有顯著的電勢損失。為了糾正這一點，一些研討者們運用了赤血鹽（hexacyanoferrate）溶液。但是
，赤血鹽並不是被空氣中的氧氣完整重氧化的，所以應該以為它是一個電子受體更甚於作為媒介。假如要到達可持續狀態，MFC陰極最好是開放性的陰極。

質子跨膜轉運的性能

目前大局部的MFCs研討都運用Nafion—質子轉換膜（PEMs）。但是，Nafion—膜關於（生物）汙染是很敏感的
，例如銨。而目前最好的結果來自於運用Ultrex陽離子交流膜。Liu等不用運用膜，而轉用碳紙作為隔離物。固然這樣做顯著降低了MFCdeneizaidianzu
，danshi，zaiyouyangjidianjieyezufencunzaidezhuangkuangxia，zheyileixingdegeliwuhuicijiyinjidianjideshengchang，bingqieguanyuyinjidecuihuajijuyouduxing。erqiemuqianshangmeiyoukexinde，guanyuzhexietanzhi-陰極係統在一段時期而不是短短幾天內的穩定性方麵的數據。

MFC的內在電阻

這一參數既依賴於電極之間的電解液的電阻值，也決議於膜電阻的阻值（Nafion—具有最低的電阻）。關guan於yu最zui優you化hua的de運yun轉zhuan條tiao件jian，陽yang極ji和he陰yin極ji需xu求qiu盡jin可ke能neng的de互hu相xiang接jie近jin。固gu然ran質zhi子zi的de遷qian移yi會hui顯xian著zhu的de影ying響xiang與yu電dian阻zu相xiang關guan的de損sun失shi，但dan是shi充chong沛pei的de混hun合he將jiang使shi這zhe些xie損sun失shi最zui小xiao化hua。

性能的相關數據

在均勻陽極外表的功率戰爭均MFC反響器容積單位的功率之間
，存在著明顯的差別。表2提供了目前為止報道過的與MFCs相關的最重要的的結果。大局部的研討結果都以電極外表的mA/m以及mW/m2兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)表(biao)示(shi)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)的(de)值(zhi)，是(shi)依(yi)據(ju)傳(chuan)統(tong)的(de)催(cui)化(hua)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)描(miao)繪(hui)格(ge)式(shi)衍(yan)生(sheng)而(er)來(lai)的(de)。其(qi)中(zhong)後(hou)一(yi)種(zhong)格(ge)式(shi)關(guan)於(yu)描(miao)繪(hui)化(hua)學(xue)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)而(er)言(yan)可(ke)能(neng)曾(zeng)經(jing)是(shi)充(chong)沛(pei)的(de)

，但(dan)是(shi)MFCs與化學燃料電池具有實質上的差別，由於它所運用的催化劑（細菌）具(ju)有(you)特(te)殊(shu)的(de)條(tiao)件(jian)請(qing)求(qiu)，並(bing)且(qie)占(zhan)領(ling)了(le)反(fan)響(xiang)器(qi)中(zhong)特(te)定(ding)的(de)體(ti)積(ji)，因(yin)而(er)減(jian)少(shao)了(le)其(qi)中(zhong)的(de)自(zi)在(zai)空(kong)間(jian)和(he)孔(kong)隙(xi)的(de)大(da)小(xiao)。每(mei)一(yi)個(ge)研(yan)討(tao)都(dou)參(can)照(zhao)了(le)以(yi)下(xia)參(can)數(shu)的(de)特(te)定(ding)的(de)組(zu)合(he)：包括反響器容積
、質子交流膜、電解液、有機負荷速率以及陽極外表。但僅從這一點動身要對這些數據作出橫向比擬很艱難。從技術的角度來看，以陽極倉內容積（液體）所產生的瓦特/立方米（Watts/m3）為(wei)單(dan)位(wei)的(de)方(fang)式(shi)，作(zuo)為(wei)反(fan)響(xiang)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)比(bi)擬(ni)的(de)一(yi)個(ge)基(ji)準(zhun)還(hai)是(shi)有(you)協(xie)助(zhu)的(de)。這(zhe)一(yi)單(dan)位(wei)使(shi)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)橫(heng)向(xiang)比(bi)擬(ni)一(yi)切(qie)測(ce)試(shi)過(guo)的(de)反(fan)響(xiang)器(qi)
，而(er)且(qie)不(bu)隻(zhi)僅(jin)局(ju)限(xian)於(yu)已(yi)有(you)的(de)研(yan)討(tao)，還(hai)能(neng)夠(gou)拓(tuo)展(zhan)到(dao)其(qi)它(ta)已(yi)知(zhi)的(de)生(sheng)物(wu)轉(zhuan)化(hua)技(ji)術(shu)。

此(ci)外(wai)，在(zai)反(fan)響(xiang)器(qi)的(de)庫(ku)侖(lun)效(xiao)率(lv)和(he)能(neng)量(liang)效(xiao)率(lv)之(zhi)間(jian)也(ye)存(cun)在(zai)著(zhe)顯(xian)著(zhu)的(de)差(cha)別(bie)。庫(ku)侖(lun)效(xiao)率(lv)是(shi)基(ji)於(yu)底(di)物(wu)實(shi)踐(jian)傳(chuan)送(song)的(de)電(dian)子(zi)的(de)總(zong)量(liang)與(yu)理(li)論(lun)上(shang)底(di)物(wu)應(ying)該(gai)傳(chuan)送(song)的(de)電(dian)子(zi)的(de)總(zong)量(liang)之(zhi)間(jian)的(de)比(bi)值(zhi)來(lai)計(ji)算(suan)。能(neng)量(liang)效(xiao)率(lv)也(ye)是(shi)電(dian)子(zi)傳(chuan)送(song)的(de)能(neng)量(liang)的(de)提(ti)示(shi)

，並(bing)分(fen)離(li)思(si)索(suo)了(le)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)。如(ru)表(biao)2中所見，MFC中zhong的de電dian流liu和he功gong率lv之zhi間jian的de關guan係xi並bing非fei總zong是shi明ming白bai的de。需xu求qiu強qiang調tiao的de是shi在zai特te定ding電dian勢shi的de條tiao件jian下xia電dian子zi的de傳chuan送song速su率lv
，以yi及ji操cao作zuo參can數shu，譬pi如ru電dian阻zu的de調tiao整zheng。假jia如ru綜zong合he思si索suo這zhe些xie參can數shu的de問wen題ti的de話hua
，必bi需xu要yao肯ken定ding是shi最zui大da庫ku侖lun效xiao率lv（如關於廢水處置）還是最大能量效率（如關於小型電池）才是最終目的。目前觀測到的電極外表功率輸出從mW/m2~w/m2都有散布。

優化

生(sheng)物(wu)優(you)化(hua)提(ti)示(shi)我(wo)們(men)應(ying)該(gai)選(xuan)擇(ze)適(shi)宜(yi)的(de)細(xi)菌(jun)組(zu)合(he)，以(yi)及(ji)促(cu)使(shi)細(xi)菌(jun)順(shun)應(ying)反(fan)響(xiang)器(qi)內(nei)優(you)化(hua)過(guo)的(de)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)。固(gu)然(ran)對(dui)細(xi)菌(jun)種(zhong)子(zi)的(de)選(xuan)擇(ze)將(jiang)很(hen)大(da)水(shui)平(ping)上(shang)決(jue)議(yi)細(xi)菌(jun)增(zeng)殖(zhi)的(de)速(su)率(lv)
，但(dan)是(shi)它(ta)並(bing)不(bu)決(jue)議(yi)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)產(chan)生(sheng)的(de)最(zui)終(zhong)構(gou)造(zao)。運(yun)用(yong)混(hun)合(he)的(de)厭(yan)氧(yang)-好氧型淤泥接種，並以葡萄糖作為營養源，能夠察看到經過三個月的微生物順應和選擇之後，細菌在將底物轉換為電流的速率上有7倍的增長。假如提供更大的陽極外表供細菌生長的話

，增長會更快。

批pi處chu置zhi係xi統tong使shi可ke以yi製zhi造zao可ke溶rong性xing的de氧yang化hua型xing中zhong間jian體ti的de微wei生sheng物wu的de積ji聚ju成cheng為wei了le可ke能neng。持chi續xu的de係xi統tong性xing選xuan擇ze能neng構gou成cheng生sheng物wu被bei膜mo的de品pin種zhong，它ta們men或huo者zhe可ke以yi直zhi接jie的de生sheng長chang在zai電dian極ji上shang
，或huo者zhe可ke以yi經jing過guo生sheng物wu被bei膜mo的de基ji質zhi運yun用yong可ke挪nuo動dong的de穿chuan越yue分fen子zi來lai傳chuan送song電dian子zi。

經過向批次處置的陽極中參加可溶性的氧化中間體也能到達技術上的優化：MFCs中zhong參can加jia氧yang化hua型xing代dai謝xie中zhong間jian體ti可ke以yi持chi續xu的de改gai善shan電dian子zi傳chuan送song。對dui這zhe些xie代dai謝xie中zhong間jian體ti的de選xuan擇ze到dao目mu前qian為wei止zhi還hai僅jin僅jin是shi出chu於yu經jing曆li性xing的de，而er且qie通tong常chang隻zhi要yao低di的de中zhong間jian體ti電dian勢shi，在zai數shu值zhi約yue為wei300mVhuozhefuyuanxinggenggaodeshifen，caiyiweishizhidesisuode。yinggaixuanzenaxiejuyouzugougaodedianshideyanghuazhongjianti，caigangoushixijunguanyudianjieryanjuyouzugougaodeliutongsulv

，tongshihaixucankaoshiyigaokulunxiaolvhaishiyigaonengliangxiaolvweizhuyaomude。

一些研討工作者們曾經開發了改良型的陽極資料，是經過將化學催化劑浸透進原始資料製成的。Park和Zeikus運用錳修飾過的高嶺土電極
，產生了高達788mW/m2的輸出功率。而增加陽極的特殊外表將招致產生更低的電流密度（因而反過來降低了活化超極化）和(he)更(geng)多(duo)的(de)生(sheng)物(wu)薄(bo)膜(mo)外(wai)表(biao)。但(dan)是(shi)，這(zhe)種(zhong)辦(ban)法(fa)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)明(ming)顯(xian)的(de)局(ju)限(xian)，微(wei)小(xiao)的(de)孔(kong)洞(dong)很(hen)容(rong)易(yi)被(bei)被(bei)細(xi)菌(jun)疾(ji)速(su)梗(geng)塞(sai)。被(bei)切(qie)斷(duan)食(shi)物(wu)供(gong)給(gei)的(de)細(xi)菌(jun)會(hui)死(si)亡(wang)，因(yin)而(er)在(zai)它(ta)溶(rong)解(jie)前(qian)反(fan)而(er)降(jiang)低(di)了(le)電(dian)極(ji)的(de)活(huo)化(hua)外(wai)表(biao)。總(zong)之(zhi)
，降(jiang)低(di)活(huo)化(hua)超(chao)極(ji)化(hua)和(he)內(nei)源(yuan)性(xing)電(dian)阻(zu)值(zhi)將(jiang)是(shi)影(ying)響(xiang)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)的(de)最(zui)主(zhu)要(yao)要(yao)素(su)。

IVIFC：支柱性中心技術

汙物驅動的應用在於可以顯著的移除廢棄的底物。目前，運用傳統的好氧處置時
，氧化每千克碳水化合物就需求耗費1 kWh的能量。例如，生活汙水的處置每立方米需求耗費0.5 kWh的能量
，折算後在這一項上每人每年需求耗費的能源約為30 kWh。為理解決這一問題，需求開發一些技術，特別是針對高強度的廢水。在這一範疇中常用的是Upflow Anaerobic Sludge Blanket反響器，它產生沼氣
，特別是在處置濃縮的工業廢水時。UASB反響器通常以每立方米反響器每天10~20 kg化學需氧量的負荷速率處置高度可降解性的廢水
，並且具有（帶有一個熄滅引擎作為轉換器）35%的總電力效率
，意味著反響器功率輸出為0.5~1 kW/m3。它(ta)的(de)效(xiao)率(lv)主(zhu)要(yao)決(jue)議(yi)於(yu)熄(xi)滅(mie)沼(zhao)氣(qi)時(shi)損(sun)失(shi)的(de)能(neng)量(liang)。將(jiang)來(lai)假(jia)如(ru)開(kai)展(zhan)了(le)比(bi)現(xian)有(you)的(de)能(neng)更(geng)有(you)效(xiao)的(de)氧(yang)化(hua)沼(zhao)氣(qi)的(de)化(hua)學(xue)染(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)話(hua)，很(hen)可(ke)能(neng)可(ke)以(yi)取(qu)得(de)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)。

可以轉化具有積極市場價值的某種定性底物的電池，譬如葡萄糖，將以具有高能量效率作為首要目的。固然MFCs的功率密度與諸如甲醇驅動的FCs相比是相當低的
，但是關於這項技術而言，以底物平安性為代表的多功用性是它的一個重要優勢。

全麵的看，作為一種參考
，以高速率的厭氧消化手腕從生物量中重獲能量的資本支出約為裝置每百萬瓦消費量破費100萬瓦。後一數值也同樣適用於經過傳統的熄滅途徑、風feng力li渦wo輪lun機ji以yi及ji化hua學xue染ran料liao電dian池chi等deng辦ban法fa應ying用yong化hua石shi燃ran料liao產chan能neng。因yin而er這zhe一yi手shou腕wan也ye處chu於yu競jing爭zheng之zhi地di。何he況kuang目mu前qian
，微wei生sheng物wu燃ran料liao電dian池chi尚shang未wei到dao達da這zhe一yi水shui準zhun的de功gong率lv輸shu出chu。負fu荷he速su率lv為wei每mei天tian每mei立li方fang米mi反fan響xiang器qi0.1~10 kg的化學需氧量時，能夠以為實踐上能到達的功率輸出在0.01~1.25 kW/m3之間。但是，關於好氧的處置過程，察看到的生長速率為耗費每克有機底物產生0.4克生物量生成，而關於厭氧發酵產生沼氣的過程這一速率理論上僅為0.077。基於MFC過程的實質，其產量應該介於這兩種代謝類型之間。察看到的以葡萄糖飼喂的MFCs的生長速率在0.07~0.22之間。由於廢水處置設備中淤泥處置的破費多達每噸幹物質500，這一數量的減少關於該過程的經濟均衡具有重要的提表示義。

有效的設計和操作可以發明一種技術平台，可以在多種範疇運用而不需求停止實質上的修正。除卻經濟方麵，MFCs曾zeng經jing展zhan示shi了le支zhi柱zhu性xing的de中zhong心xin技ji術shu的de姿zi勢shi。它ta們men在zai低di的de和he適shi中zhong的de溫wen度du下xia能neng有you效xiao的de產chan生sheng能neng量liang並bing轉zhuan化hua一yi係xi列lie的de電dian子zi供gong體ti，以yi至zhi即ji便bian電dian子zi供gong體ti僅jin以yi低di濃nong度du存cun在zai。在zai這zhe些xie方fang麵mian如ru今jin還hai沒mei有you可ke以yi與yu之zhi相xiang媲pi美mei的de其qi他ta已yi知zhi技ji術shu。