生物燃料电池ppt24页PPT
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燃料电池简介ppt文档
PEMFC的结构
电解质膜非常薄
电解质膜两边是一层薄的 催化剂和多孔的碳电极支 撑材料。
形成 电极-催化剂-膜-催化 剂-电极 结构。
结构示意图
PEMFC的优缺点
优点： 1.在所有燃料电池类型中功率密度最高； 2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应用。
缺点： 1.电池材料成本高； 2.需要良好的动态水管理； 3.对CO和S的容忍度很差
16 公斤（35 磅）重的 UATC（包含了 6 公斤有效载 荷）可通过燃料电池动力系统实现 6 小时飞行，其 而没有毒气的排放。
谢谢
燃料电池简介
1.燃料电池的概述
燃料电池（full Cell）是一种将持续供给的燃料和氧 化剂中的化学能连续不断地直接转化为电能的电化 学装置。
燃料电池在原理和结构上和普通电池（battery）完 全不同。燃料电池的活性物质是存储在电池之外， 只要不断地供给燃料和氧化物就一直能发电，因而 容量是无限的。而电池的容量是有限的，活性物质 一旦消耗完，电池的寿命就终止。
4.燃料电池的应用
2017年10月12日，陆地方舟新型氢电混合燃料电池客 车在第十二届深圳国际物流与交通运输博览会(简称 “物博会”)上正式发布，新车为8.3米考斯特车型， 加氢5分钟，充电12分钟，续航可达550km，该车也 是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。
垂直起降长续航燃料电池监测无人机亮相2017智慧 城市峰会。
1.2燃料电池的分类
根据其电解质的不同，燃料电池可分为5大类型：
1. 聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC） 2.磷酸盐燃料电池（PAFC） 3.碱性燃料电池（AFC） 4.熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 5.固体氧化物燃料电池（SOFC）
燃料电池工作原理分类及组成ppt课件
而 当 以 氢 为 燃 料 时 ， 当 电 池 工 作 电 流 密 度 达 1A/m2 时．阳极极化也仅几十毫伏；
2）燃料甲醇通过浓差扩散和电迁移由膜的阳极侧 迁移至阴极侧(甲醇渗透，Crossover)，在阴极电 位与Pt/C或Pt电催化剂作用下发生电化学氧化，并 与氧的电化学还原构成短路电池，在阴极产生混合 电位。
因此与PEMFC相比，DMFC阴极侧不但排水负荷增 大，而且阴极被水掩的情况更严重，在设计DMFC 阴极结构与选定制备工艺时必须考虑这一因素。
正因为如此，在至今评价DMFC时，阴极氧化剂(如 空气中氧)的利用率均很低，其目的是增加阴极流 场内氧化剂的流动线速度，以利于向催化层的传质 和水的排出，但这势必增加DMFC电池系统的内耗， 这是研究高效大功率DMFC电池系统时必须解决的 技术问题。
目前交换膜的质子传导性都与液态水含量有关，因此， 当电池工作温度超过1000C时，反应气的工作压力要高 于大气压，这样电池系统就会变得很复杂。
至今尚没有开发出能够在150-2000C下稳定工作，且不需 液态水存在的交换膜。
因此，这种DMFC目前研究的很少。
2）以甲醇水溶液为燃料
采用不同浓度的甲醇水溶液为燃料的液体DMFC，在室温 及100 oC之间可以在常压下运行。当电池工作温度超过 100 oC时，为防止水汽化而导致膜失水，也要对系统加 压。
当采用甲醇水溶液作燃料时，DMFC的核心部件MEA阳 极侧是浸入甲醇水溶液中的，加之在DMFC工作时， 又有C02的析出；而阴极侧，排水量也远大于电化学 反应生成水，不管是气化蒸发以气态排出，还是靠 毛细力渗透到扩散层外部被气体吹扫以液态排水， 均会对电极与膜之间结合界面产生一定分离作用力。
因此，在制备DMFC的MEA时，与PEMPC的MEA相比，要改 进结构与工艺，增加MEA的电极与膜之间的结合力，防 止MEA在电池长时间工作时膜与电极分离、增加欧姆极 化，大幅度降低电池性能，严重时导致电池失效。
2）燃料甲醇通过浓差扩散和电迁移由膜的阳极侧 迁移至阴极侧(甲醇渗透，Crossover)，在阴极电 位与Pt/C或Pt电催化剂作用下发生电化学氧化，并 与氧的电化学还原构成短路电池，在阴极产生混合 电位。
因此与PEMFC相比，DMFC阴极侧不但排水负荷增 大，而且阴极被水掩的情况更严重，在设计DMFC 阴极结构与选定制备工艺时必须考虑这一因素。
正因为如此，在至今评价DMFC时，阴极氧化剂(如 空气中氧)的利用率均很低，其目的是增加阴极流 场内氧化剂的流动线速度，以利于向催化层的传质 和水的排出，但这势必增加DMFC电池系统的内耗， 这是研究高效大功率DMFC电池系统时必须解决的 技术问题。
目前交换膜的质子传导性都与液态水含量有关，因此， 当电池工作温度超过1000C时，反应气的工作压力要高 于大气压，这样电池系统就会变得很复杂。
至今尚没有开发出能够在150-2000C下稳定工作，且不需 液态水存在的交换膜。
因此，这种DMFC目前研究的很少。
2）以甲醇水溶液为燃料
采用不同浓度的甲醇水溶液为燃料的液体DMFC，在室温 及100 oC之间可以在常压下运行。当电池工作温度超过 100 oC时，为防止水汽化而导致膜失水，也要对系统加 压。
当采用甲醇水溶液作燃料时，DMFC的核心部件MEA阳 极侧是浸入甲醇水溶液中的，加之在DMFC工作时， 又有C02的析出；而阴极侧，排水量也远大于电化学 反应生成水，不管是气化蒸发以气态排出，还是靠 毛细力渗透到扩散层外部被气体吹扫以液态排水， 均会对电极与膜之间结合界面产生一定分离作用力。
因此，在制备DMFC的MEA时，与PEMPC的MEA相比，要改 进结构与工艺，增加MEA的电极与膜之间的结合力，防 止MEA在电池长时间工作时膜与电极分离、增加欧姆极 化，大幅度降低电池性能，严重时导致电池失效。
《燃料电池》课件
《燃料电池》PPT课件
这是《燃料电池》PPT课件，通过本课件，你将了解燃料电池的定义、工作原 理、构成、应用以及未来发展和趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域 吧！
什么是燃料电池
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接 转化为电能的装置，通过电化 学反应实现电能的产生。
燃料电池的工作原理
燃料电池通过氧化还原反应将 燃料（如氢气）和氧气在电解 质中进行电化学反应，产生电 能。
燃料电池的优缺点
燃料电池具有高效能源转化、环 保、低噪音等优点，但成本和氢 气供应等问题仍需解决。
燃料电池的应用
1
燃料电池在交通运输领域的应用
燃料电池汽车逐渐成为替代传统燃油汽车的绿色交通选择，减少尾气排放。
2
燃料电池在能源领域的应用
燃料电池可以作为一种清洁的能源来源，在无电网的地区提供电力供应。
3
燃料电池在军事领域的应用
燃料电池系统可以为军事设备提供可靠的能源支持，降低依赖传统燃油的风险。
燃料电池的未来发展与趋势
燃料电池技术的发展历程
燃料电池技术经过多年的研发和改 进，取得了巨大继续朝着高效、便携、 可再生能源和可持续发展的方向发 展。
燃料电池未来的应用前景
燃料电池有望在交通运输、能源供 应等领域发挥更大的作用，推动可 持续发展。
感谢阅读
通过本《燃料电池》PPT课件，希望您对燃料电池有了更深入的了解。谢谢！
燃料电池种类介绍
常见的燃料电池类型有聚合物 电解质燃料电池（PEMFC）、 固体氧化物燃料电池（SOFC） 等。
燃料电池的构成
燃料电池的主要组成 部分
燃料电池由氢气供应系统、氧气 供应系统、电解质、电极和电流 收集系统等组成。
这是《燃料电池》PPT课件，通过本课件，你将了解燃料电池的定义、工作原 理、构成、应用以及未来发展和趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域 吧！
什么是燃料电池
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接 转化为电能的装置，通过电化 学反应实现电能的产生。
燃料电池的工作原理
燃料电池通过氧化还原反应将 燃料（如氢气）和氧气在电解 质中进行电化学反应，产生电 能。
燃料电池的优缺点
燃料电池具有高效能源转化、环 保、低噪音等优点，但成本和氢 气供应等问题仍需解决。
燃料电池的应用
1
燃料电池在交通运输领域的应用
燃料电池汽车逐渐成为替代传统燃油汽车的绿色交通选择，减少尾气排放。
2
燃料电池在能源领域的应用
燃料电池可以作为一种清洁的能源来源，在无电网的地区提供电力供应。
3
燃料电池在军事领域的应用
燃料电池系统可以为军事设备提供可靠的能源支持，降低依赖传统燃油的风险。
燃料电池的未来发展与趋势
燃料电池技术的发展历程
燃料电池技术经过多年的研发和改 进，取得了巨大继续朝着高效、便携、 可再生能源和可持续发展的方向发 展。
燃料电池未来的应用前景
燃料电池有望在交通运输、能源供 应等领域发挥更大的作用，推动可 持续发展。
感谢阅读
通过本《燃料电池》PPT课件，希望您对燃料电池有了更深入的了解。谢谢！
燃料电池种类介绍
常见的燃料电池类型有聚合物 电解质燃料电池（PEMFC）、 固体氧化物燃料电池（SOFC） 等。
燃料电池的构成
燃料电池的主要组成 部分
燃料电池由氢气供应系统、氧气 供应系统、电解质、电极和电流 收集系统等组成。
燃料电池(课件)
得失电子数目的求算
燃料分子失电子的数目，可根据整体化合价变化情况 进行求算，也可以直接根据分子所含的原子数目进行 计算。1mol的CxHyOz失去电子的数目为4x+y－ 2z(碳四氢一氧减二)。我们可以计算，每个C₃H₈失电 子数为4×3+1×8＝20，每个C₂H₅OH分子失电子数 为4×2+1×6－2＝12。
电解质为固体电解质 （如固体氧化锆—氧 化钇）O2＋4e-=2O2-。
燃料电池负极反应式的书写
产物判断规则
一般来说，负极反应物一般为燃料，常常含有碳元素和 氢元素，有时也含有氧元素。在酸性溶液(如硫酸溶液) 下，负极燃料失电子，C元素变为+4价，转化为CO₂； H元素转化为H⁺，氧元素结合H⁺转化为水。在碱性溶 液(如氢氧化钠溶液)下，负极燃料失电子，C元素转化 为碳酸根离子，+1价的氢元素不能在碱性条件下以离 子形态稳定存在，结合OHˉ生成水，氧元素变成氢氧根 离子或者水。
谢谢
燃料电池
基础知识
燃料电池（Fuel cell），是一种不经过燃烧，将燃料化学能经过电化学反 应直接转变为电能的装置。它和其它电池中的氧化还原反应一样，都是自 发的化学反应，不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能，且废物排 放量很低。其中燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同
基础知识
燃料电池的两极材料都是用多孔碳、多孔镍、铂、钯等兼有催化剂特性 的惰性金属，两电极的材料相同。 燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的一极为负极 ，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空气或氧气的一极为正极，氧 气在该电极上发生还原反应。
量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；【答案】C
真题突破
（2019·全国高考真题）利用生物燃料电池原理研究室温下氨 的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意 图如下所示。下列说法错误的是
生物燃料电池
生物燃料电池
3.电子传递（三种形式） 细胞膜直接传递电子 其电子直接从微生物细胞膜传递到电极，呼 吸链中细胞色素是实际电子载体；提高电池 功率，关键在于提高细胞膜与电极材料的接 触效率。 由中间体传递电子 氧化态中间体 还原态中间体 排除体外 电极表面被氧化
生物燃料电池
微生物燃料电池结构及改进
微生物燃料电池组成
生物燃料电池
传递因素 反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区 电子最终受体的扩散速率是电子传递过程中 的主要制约因素 氧作为阴极反应的电子受体最大问题是水中的 溶解度低。 设计空气阴极微生物燃料电池是重要发展方向。
生物燃料电池
酶生物燃料电池
微生物燃料电池和酶燃料电池的比较 parameter 微生物燃料电池 酶燃料电池 催化剂 微生物 酶 使用寿命 长 短 氧化能力 完全氧化 不完全氧化 能量浓度 低 高 成本 高 低 膜表面分离器 需要 不需要
2.生物燃料电池的特点 生物燃料电池的特点： 生物燃料电池的特点 原料来源广泛； 操作条件温和； 生物相容性好； 生物燃料电池结构比较简单
生物燃料电池
3.分类 工作方式：酶生物燃料电池和微生物燃料电 池 电子转移：直接生物燃料电池和间接生物燃 料电池
生物燃料电池
几个概念
酶生物燃料电池：先将酶从生物体系中提取出来，然后 利用其活性在阳极催化燃料分子氧化，同时加速阴极氧 的还原； 微生物燃料电池：指利用整个微生物细胞作催化剂，依 靠合适的电子传递介体在生物组分和电极之间进行有效 的电子传递。 直接生物燃料电池：燃料在电极上氧化，电子从燃料分 子直接转移到电极上，生物催化剂的作用是催化燃料在 电极表面上的反应； 间接生物燃料电池：燃料不在电极上反应，而在电解液 中或其他地方反应，电子则由具有氧化还原活性的介体 运载到电极上去。
燃料电池课件PPT(47页)
采用非铂系催化剂
化学性质稳定
缺点：
氧化剂中必须不含有CO2。 燃料中必须不含CO2 电池电化学反应生成的水必须及时排出，维持水
平衡。
磷酸盐燃料电池（PAFC)
PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池 。 PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂， 浸有浓磷酸的SiC 微孔膜作电解质 ， Pt/C 作 催化剂 ，工作温度 200℃ 。
具体做法是将全氟磺酸树脂玻璃化温度下施加一定压力，将以加入全氟磺酸树脂的氢电极（ 阳极 ）、隔膜( 全氟磺酸型质 子交换膜) 和 已加入全氟磺酸树脂的氧电极（阴极）压和在一起，形成了电极-膜-电极三合一组 件 ，
200℃左右 ，能量 SOFC的电解质是固体氧化物 ， 如 ZrO2 、 Bi2O3 等 ， 其阳 极是Ni-YSZ陶瓷 ， 阴 极目前主要采用 锰酸镧 (LSM，La1-xSrxMnO3 ) 材料。
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。
碱性燃料电池工作示意图
AFC电极的制备工艺
AFC的电极设计要求电极具有高度稳定性的气、液、 固三相界面。
双孔结构电极 电极分两层，粗孔层和细孔层，粗孔层与 气室相连，细孔层与电解质接触。电极工作时，粗孔层 内充满反应气体，细孔层内填满电解液。细 孔层的电解 液浸润粗孔层，液气界面形成并发生电化学反应，离子 和水在电解液中传递，而电子则在构成粗孔层和细孔层 的合金骨架内传导 。
黏结型电极 是将亲水的导电体（ 如电催化剂材料铂 ／ 碳 ）与具有粘结能力的防水剂 （ 如聚四氟乙烯乳液 ） 按比例混合制成电极。 它在微观尺度上是相互交错的两 相体系，由防水剂构成的疏水网络为反应气体提供内部 的扩散通道；由电催化剂构成 的亲水网络可以被电解液 充满浸润，它为水和OH- 提供通道的同时，也为电子的 传导提供通道。
化学性质稳定
缺点：
氧化剂中必须不含有CO2。 燃料中必须不含CO2 电池电化学反应生成的水必须及时排出，维持水
平衡。
磷酸盐燃料电池（PAFC)
PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池 。 PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂， 浸有浓磷酸的SiC 微孔膜作电解质 ， Pt/C 作 催化剂 ，工作温度 200℃ 。
具体做法是将全氟磺酸树脂玻璃化温度下施加一定压力，将以加入全氟磺酸树脂的氢电极（ 阳极 ）、隔膜( 全氟磺酸型质 子交换膜) 和 已加入全氟磺酸树脂的氧电极（阴极）压和在一起，形成了电极-膜-电极三合一组 件 ，
200℃左右 ，能量 SOFC的电解质是固体氧化物 ， 如 ZrO2 、 Bi2O3 等 ， 其阳 极是Ni-YSZ陶瓷 ， 阴 极目前主要采用 锰酸镧 (LSM，La1-xSrxMnO3 ) 材料。
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。
碱性燃料电池工作示意图
AFC电极的制备工艺
AFC的电极设计要求电极具有高度稳定性的气、液、 固三相界面。
双孔结构电极 电极分两层，粗孔层和细孔层，粗孔层与 气室相连，细孔层与电解质接触。电极工作时，粗孔层 内充满反应气体，细孔层内填满电解液。细 孔层的电解 液浸润粗孔层，液气界面形成并发生电化学反应，离子 和水在电解液中传递，而电子则在构成粗孔层和细孔层 的合金骨架内传导 。
黏结型电极 是将亲水的导电体（ 如电催化剂材料铂 ／ 碳 ）与具有粘结能力的防水剂 （ 如聚四氟乙烯乳液 ） 按比例混合制成电极。 它在微观尺度上是相互交错的两 相体系，由防水剂构成的疏水网络为反应气体提供内部 的扩散通道；由电催化剂构成 的亲水网络可以被电解液 充满浸润，它为水和OH- 提供通道的同时，也为电子的 传导提供通道。
燃料电池简介ppt课件
燃料电池简介
2023-10-27
目录
• 燃料电池概述 • 燃料电池的特点 • 燃料电池的应用场景 • 燃料电池的发展现状与趋势 • 燃料电池的未来挑战与机遇 • 总结与展望
01
燃料电池概述
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的发电装置。
它由正负极、电解质和外部电路组成，通过反应将燃料和氧化剂中的化学能转化 为电能。
要点一
固定电源
燃料电池可以作为一种可靠的固定电源，为家庭、商业 和工业用途提供电力。它们可以在断电或电力故障时提 供电力，并具有更高的能源效率和更低的维护成本。
要点二
分布式能源
燃料电池也可以作为一种分布式能源，为社区提供电力 。例如，一些城市已经开始使用燃料电池作为其分布式 能源的一部分，以减少对传统电网的依赖。
03
未来，燃料电池将成为一种重 要的能源转换方式，为人类的 生产生活提供更加清洁、高效 的能源解决方案。
05
燃料电池的未来挑战与机遇
技术挑战
01
02
03
材料问题
燃料电池的电解质、电 极和膜等关键材料仍需改 进，以提高其性能和稳定 性。
催化剂问题
在燃料电池中，催化剂 是促进反应的重要元素， 但目前催化剂的性能仍需 提升。
高效环保
总结词
燃料电池是一种高效和环保的能源转换技术。
详细描述
燃料电池通过将氢气和氧气结合产生电能和水蒸气，这个过程不会产生任何有害的排放物。此外，由于其高效 能量转换，燃料电池可以减少能源浪费，提高能源利用效率。
快速充电
总结词
燃料电池可以在短时间内完成充电。
详细描述
与传统的电池技术相比，燃料电池的充电速度更快。这是因为燃料电池的能量密度高，并且可以连续 供电，而不需要长时间的充电过程。
2023-10-27
目录
• 燃料电池概述 • 燃料电池的特点 • 燃料电池的应用场景 • 燃料电池的发展现状与趋势 • 燃料电池的未来挑战与机遇 • 总结与展望
01
燃料电池概述
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的发电装置。
它由正负极、电解质和外部电路组成，通过反应将燃料和氧化剂中的化学能转化 为电能。
要点一
固定电源
燃料电池可以作为一种可靠的固定电源，为家庭、商业 和工业用途提供电力。它们可以在断电或电力故障时提 供电力，并具有更高的能源效率和更低的维护成本。
要点二
分布式能源
燃料电池也可以作为一种分布式能源，为社区提供电力 。例如，一些城市已经开始使用燃料电池作为其分布式 能源的一部分，以减少对传统电网的依赖。
03
未来，燃料电池将成为一种重 要的能源转换方式，为人类的 生产生活提供更加清洁、高效 的能源解决方案。
05
燃料电池的未来挑战与机遇
技术挑战
01
02
03
材料问题
燃料电池的电解质、电 极和膜等关键材料仍需改 进，以提高其性能和稳定 性。
催化剂问题
在燃料电池中，催化剂 是促进反应的重要元素， 但目前催化剂的性能仍需 提升。
高效环保
总结词
燃料电池是一种高效和环保的能源转换技术。
详细描述
燃料电池通过将氢气和氧气结合产生电能和水蒸气，这个过程不会产生任何有害的排放物。此外，由于其高效 能量转换，燃料电池可以减少能源浪费，提高能源利用效率。
快速充电
总结词
燃料电池可以在短时间内完成充电。
详细描述
与传统的电池技术相比，燃料电池的充电速度更快。这是因为燃料电池的能量密度高，并且可以连续 供电，而不需要长时间的充电过程。
微生物电池的原理与应用ppt课件
贵金属Pt
过渡金属大环化合物
金属氧化物
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
填料式MFCs
管状ACMFCs 在构型上和操作方式上与污水处理设 备中的生物滤池颇为相似; 填料型MFCs类似于流化床 反应器。
• 1970，生物燃料电池概念确定； • 1980后，生物燃料电池输出功率有较大提
高 • 2002，bond发现特殊微生物地杆菌； • 2006，美国bruce教授、byung(韩国）和比
利时willy教授在MFC上做了大量研究。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 微生物传感器的发展，广泛 工作的MFC使用的原则制定新的生化需氧量传感器在于：①电池产生的电流 或充电之间的污染物浓度呈良好的线性关系;②电池的电流对污水响应速度更 快;③有较好的重复性。
• 作为一个新的水处理工艺 目前，由于燃料有机废水，有机物质循环中的化学能的污水一直是MFC的这 项研究的主要目的，但在研究中，污水处理后的MFC的水质监测结果，以便 为新的污水处理技术开发的研究人员到MFC基本工作原理产生了浓厚的兴趣。 优点：1）可以为微生物燃料电池提供一个新的研究方向；2）为处理污水， 将无用资源转变为可生产能量的有用资源提供了新的发展方向。
• 在应用程序开发的前景与微生物燃料电池方面：①替代能源;②传感 器;③污水处理新技术;④利用微生物燃料电池的特殊环境未培养细菌 的富集。
• 替代能源，生物质能 因为MFC将能转化为电能的生物量直接转化 ，机器人、汽车、医疗
生物酶燃料电池ppt - PowerPoint Presentation.
以酶为基础的生物燃料电池
07生物：颜海波
普通燃料电池的工作原理：
酶燃料电池的工作原理：
微生物燃料ห้องสมุดไป่ตู้池和酶燃料电池的比较：
parameter 催化剂 使用寿命 氧化能力 能量浓度 成本 膜表面分离器 微生物燃料电池 微生物 长 完全氧化 低 高 需要 酶燃料电池 酶 短 不完全氧化 高 低 不需要
焦点-如何提高酶生物燃料电池的效率
三个技术难点
1：生物燃料电池阳极需要是三维的，这样就有足够的敏感度。 阳极必须要使表面区域所需要的达到最佳化，孔越小，相对反应 面积越大，反应速率越快。但孔太小，液态燃料的传送也就成了 一个问题。 2：成功的固定化多酶系统是需要可以使燃料完全氧化成二氧化碳。 目前的酶燃料电池的效率是比较低的，只能用单一的酶和将燃料 部分氧化。这和细胞内可以使生物燃料完全氧化成二氧化碳和水 是完全不同的。 3：阳极必须支持高效率的电荷转移机制 ，因此了解之间的相互 作用，孔隙度，比表面积，以及电子和质子电导率 至关重要。
That’s all, thanks!
生物酶燃料电池的最新研究进展
其中一个最重大的进展，就是生物燃料电池的生物阳极和生物阴 极使用了新的技术，用直接电子转移取代了以前的间接电子转移。 直接传递的好处在于使电子直接从催化剂传递到电极，中间使用 传递媒介的这一问题得到解决。无介体酶生物燃料电池采用导电 聚合物作为酶固定材料
第二关键是延长固定化酶的活性时间。酶是蛋白质，在缓冲液当 中的寿命时间是八小时到两天，尽管固定在电极表面的酶的寿命 可以延长到7到20天。近来，通过把酶封装在胶束聚合物中，可 以使其活性延长到一年以上，这个胶束为酶提供了合适的PH还有 生物可容性的环境，防止其变性
多酶混合电极示意图
07生物：颜海波
普通燃料电池的工作原理：
酶燃料电池的工作原理：
微生物燃料ห้องสมุดไป่ตู้池和酶燃料电池的比较：
parameter 催化剂 使用寿命 氧化能力 能量浓度 成本 膜表面分离器 微生物燃料电池 微生物 长 完全氧化 低 高 需要 酶燃料电池 酶 短 不完全氧化 高 低 不需要
焦点-如何提高酶生物燃料电池的效率
三个技术难点
1：生物燃料电池阳极需要是三维的，这样就有足够的敏感度。 阳极必须要使表面区域所需要的达到最佳化，孔越小，相对反应 面积越大，反应速率越快。但孔太小，液态燃料的传送也就成了 一个问题。 2：成功的固定化多酶系统是需要可以使燃料完全氧化成二氧化碳。 目前的酶燃料电池的效率是比较低的，只能用单一的酶和将燃料 部分氧化。这和细胞内可以使生物燃料完全氧化成二氧化碳和水 是完全不同的。 3：阳极必须支持高效率的电荷转移机制 ，因此了解之间的相互 作用，孔隙度，比表面积，以及电子和质子电导率 至关重要。
That’s all, thanks!
生物酶燃料电池的最新研究进展
其中一个最重大的进展，就是生物燃料电池的生物阳极和生物阴 极使用了新的技术，用直接电子转移取代了以前的间接电子转移。 直接传递的好处在于使电子直接从催化剂传递到电极，中间使用 传递媒介的这一问题得到解决。无介体酶生物燃料电池采用导电 聚合物作为酶固定材料
第二关键是延长固定化酶的活性时间。酶是蛋白质，在缓冲液当 中的寿命时间是八小时到两天，尽管固定在电极表面的酶的寿命 可以延长到7到20天。近来，通过把酶封装在胶束聚合物中，可 以使其活性延长到一年以上，这个胶束为酶提供了合适的PH还有 生物可容性的环境，防止其变性
多酶混合电极示意图
燃料电池讲解通用课件
04
燃料电池汽车将成为未来交通 出行的重要选择之一，具有零 排放、高效、节能等优点。
燃料电池将成为分布式发电和 储能的重要技术之一，具有环
保、灵活、高效等优点。
燃料电池在航空、航海等领域 也将得到广泛应用，如用于无
人机、船舶等。
燃料电池的技术挑战与瓶颈
01
技术挑战
02
提高燃料电池的能量密度和功率密度需要解决材料科学、制造
燃料电池的特点
高效率、低排放、低噪音、快速充电、可靠运行、方便维护等。
燃料电池的应用领域
域
作为电动汽车、船舶、航空器 的动力源，可实现零排放、高
效率的运行。
电力领域
作为电站、备用电源等，可满 足不同场合的用电需求。
工业领域
作为工业用电源，为生产设备 提供稳定可靠的电力保障。
军事领域
实际效率
由于实际运行中存在各种 损失，如反应不完全、热 能散失等，实际效率通常 略低于理论极限值。
提高效率的方法
优化催化剂设计、降低操 作温度、提高反应气体纯 度等措施可以提高燃料电 池的能量转换效率。
燃料电池的发电特点与优势
可再生能源
高效率
燃料电池使用的氢气和氧气可以由可再生 能源如太阳能、风能等提供，因此燃料电 池是一种可再生能源发电技术。
电池壳是燃料电池的外部结构，它能够保护电池不受外界 环境的影响。
燃料电池的制造设备主要包括搅拌器、涂布机、组装设备 和测试设备等。
燃料电池的使用与维护方法
使用燃料电池时，需要确保其工作在合适的温度和压力下，并定期检查其性能和安 全性。
维护燃料电池时，需要定期更换反应介质和电极材料，并保持电池壳的清洁和完好 。
工作原理：燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。在燃料电池中，燃料（如氢气）被送到阳极，氧化 剂（如氧气）被送到阴极。阳极和阴极之间通过电解质隔开。当燃料和氧化剂在阳极和阴极上反应时 ，电子从阳极通过外部电路流向阴极，从而产生电流。
燃料电池的工作原理PPT培训课件
• 碱性燃料电池的特点
• (1) AFC具有较高的效率(50%~55%)；
• (2) 工作温度大约80℃，启动很快，但其电力密度却比质子交换 膜燃料电池的密度低十几倍；
• (3) 性能可靠，可用非贵金属作催化剂；
• (4) 是燃料电池中生产成本最低的一种电池；
• (5) 是技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞 机提供动力和饮用水，用于交通工具，具有一定的发展和应用 前景；
• (6) 使用具有腐蚀性的液态电解质，具有一定的危险性和容易造 成环境污染。
1. 质子交换膜燃料电池的基本结构
1）质子交换膜：兼有隔膜和电解质的作用，且是选择 通过性膜，只允许H+穿过，其他粒子、气体及液体不 能通过。 2）电催化剂：气体扩散电极上都有一定量的催化剂， 有铂系和非铂系两类。
3）电极：多孔扩散电极，由扩散层和催化层构成。
•熔融碳酸盐燃料电池的工作原理 •燃料电池工作过程实质上是燃料的氧化和氧化剂的还原过程。
式中，a、c分别表示阳极、 阴极； e—表示电子； E0—表示基本发电量； Q0—表尔基本放热量。
•熔融碳酸盐燃料电池的特点
•MCFC是一种高温电池(600~700℃)，具有效率较高(高于 40%)、噪音低、无污染、燃料多样化(氢气、煤气、天然气 和生物燃料等)、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多 优点，是未来的绿色电站。
• 磷酸燃料电池的结构 • PAFC的电池片由基材及肋
条板触媒层所组成的燃料 极、保持磷酸的电解质层、 与燃料极具有相同构造的 空气极构成。
• 磷酸燃料电池的工作原理
• PAEC使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。当以氢气为 燃料，氧气为氧化剂时，在电池内发生电化学反应。
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2019/10/1
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MFC资源化利用剩余污泥有两种形式：
直接利用：
间接利用：
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剩余污泥可作为微 生物燃料电池的燃 料，处理污泥并同 步发电即，微生物 燃料电池技术资源 化利用剩余污泥是 可行的，可产生一 定的电压与输出功 率密度（较低）
微波预 处理剩 余污泥
剩余污 泥发酵 产生的 VFA 作 为燃料
在 MFC 中菌种方面，从极端环境中（如深海底泥、高温环境等）筛选 耐受能力强的产电菌，进一步研究产电菌电子的产生、传递机理，微 生物群落的多样性及其演替规律，对高效产电微生物进行基因改造等。
优化 MFC 的结构、电极材料和运行方式等，尤其是空气阴极以及生 物阴极方面，以使其能应用于实际生产中
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剩余污泥的处理处置一直以来都难以达到满意的效 果，已经成为制约污水处理事业发展的瓶颈问题，其处置 形势已经十分严峻，因此，寻求经济有效的减量化、稳定 化以及资源化污泥处理处置技术具有重要的现实意义。
以MFC技术来处理剩余污泥成为污泥处理的又一新 方向。此法不但可以减少污泥处置费用，还可以使污泥减 量化，又能将污泥中丰富的有机质能转化为电能，从而实 现污泥的资源化利用。
生物燃料电池电助产氢反应器的优点是阴极省略了MFC 常用的电子受体—氢气，可避免因氧气通过质子交换膜向阳 极扩散而影响反应器运行；同时该工艺产生的氢气纯度较高 ，可积累、储存及运输，推动了MFC技术的实际应用[6]。
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三、结语与展望
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微生物燃料电池近年来受到广泛学者的关注，其作 用机理已渐渐被人们所熟知，为扩大微生物燃料电池的应 用范围众多科学家做着不懈的努力。现微生物燃料电池应 从以下几个方面进行主演研究：
由于堆肥的物料有机质含量高，在长时间内可以提供持 续稳定的电流输出，具有较大的市场潜力。
相对于废水需要外加热量来保持适宜的温度，固体废物 堆肥可以通过自身产热来提高温度，不需要人工加热。
质子从阳极区向阴极区的传递效率对MFC 的性能是非 常重要的[4]。
2019/10/1
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MFC技术资源化利用剩余污泥 LOGO
sponges as high-performance low-cost anodes for microbial fuel cells.
Energy & Environmental Science.2019.6862-6866. [3] 郭伟,王艺菲,银晓靖,孙剑辉. 微生物燃料电池在废水处理中的应用研究 进展[J]. 河南师范大学学报（自然科学版）2019,40,93-108. [4]崔晋鑫,王鑫,唐景春. 微生物燃料电池在固体废物堆肥中的应用进展[J]. 生物工程 学 报,2019,28,295-304. [5]王维大,李浩,冯雅丽,唐新华,杜竹玮,杜云龙. 微生物燃料电池的研究应 用进展[J]. 化工进 展,2019,33,1067-1076. [6]张静,张宝刚,冯传平等. 微生物燃料电池技术最新研究进展[J]. 三峡环 境与生态,2019,35,16-30.
煤炭
约40年
约67年
约167年
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化石燃料的燃烧对环境的影响
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因此，寻求可再生的新能源已引起广泛的关注，微生 物燃料电池(microbial foul cells, MFC)是一种可以实现 能量转换及产能的新概念的装置。在此情况下微生物燃 料电池作为一种可利用有机废物产能的装置正走向世界 能源的舞台。
生物燃料电池
报告人：聂晓静 学号：21418105 院系：环境学院
目录
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1 生物燃料电池的研究背景
2 微生物燃料电池的原理
3 微生物燃料电池的现实应用
4
结语与展望
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2
一、生物燃料电池的研究背景
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由于现代经济全速发展，全球化石能源面临短 缺问题：
石油
天然气
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学 能直接转化成电能的装置。
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二、微生物燃料电池的原理
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典型的MFC系统由阳极室、阴极室、质子交换膜(Proton exchange membrance，PEM)构成，质子交换膜将阳极室和阴极
室分隔开。将阳极室控制为厌氧环境，而阴极室一般为开放环
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微生物燃料电池的优点：
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三、微生物燃料电池的现实应用 LOGO
微生物燃料电池是一种很具应用前景的技术，与普通的燃 料电池相比，其更加环保，来源更为广泛；与普通的污水处 理技术相比较，在处理污水的同时还能额外获得能量。尤其 在目前能源供应问题日益凸显，环境污染日益严重的今天， 微生物燃料电池技术更显示出无法比拟的优越性。
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微生物电解产氢
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微生物燃料电池由于输出效率低，难以直接应用，而 MFC电助产氢技术是较有前途的一种方式。其工作原理： 无氧条件下，对双室MFC阴极施加一个远小于水分解电压 的小电压，可促进转移到阴极的电子和质子结合生成氢气， 达到利用MFC系统产氢的目的。
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直接利用剩余污泥为燃料的微生物燃料电池技术，其 电压和输出功率密度较低。为了提高微生物燃料电池技术 的产电性能，可对剩余污泥进行一定的预处理，间接利用 剩余污泥为微生物燃料电池的燃料。
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MFC作为生物传感器
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生物传感器是指能提供定量或者半定量分析的一种装置， 包括生物识别元素和信号传输放大元素。由于微生物燃料电 池的电流（电压）或电子库仑量与电子供体的含量之间存在 对应关系，因此微生物燃料电池能用于某些底物含量的测定 ，如有机碳、废水 BOD以及有毒物质等，其中用于废水中 BOD 测定的研究最为成熟，已有相关报道[5]。
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微生物燃料电池在有机废物的处理中具有无污染和产能 的优势，在固体废物堆肥中的应用与溶液和废水中相比又 体现出新的特点。
2019/10/1
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固体废物堆肥微生物燃料电池的特点： LOGO
与废水作为底物的 MFC 相比，堆肥产电过程不需要频 繁更换底物，为产电菌的富集和生长提供了更加稳定的 外部环境。
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微生物电化学合成是近两年微生物燃料电池新的发展方向，有待 于进一步深入研究。
尝试MFC的工程放大，实现实际应用。
2019/10/1
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参考文献
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[1]陈德莹.微生物燃料电池系统构建及相关微生物学研究(硕士学位论文). 扬州，扬州大学，2019年.
[2] Xing Xie, Guihua Yu, Nian Liu, Craig S. Criddle ,Yi Cui. Graphene-
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研究表明，以下废水都可以用MFC技术得到很好的 LOGO 处理[3]。
MFC处理
2019/10/1
化工废水 制药废水 垃圾渗滤液
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极高的COD、 高盐度、对微 生物有毒性。
抗氧化性强， 对微生物生长 的抑制性强， 难以生物降解。
BOD5和COD 浓度高、重金 属含量较高、 氨氮的含量较 高。
在美国，每天会产生126千万升的污水，用传统的方法处 理这些污水就会消耗3%的产电量。每立方米污水需要消耗 大概0.6kwh的能量，其中一半用于好氧微生物的的氧补给。 而每立方米的污水含有2kwh的化学能。若生物燃料电池的 成本控制在合适的范围内，污水处理装置就可以作为能量的 产出装置[2]。
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另外有学者在固体介质如土壤、底泥中应用 MFC 技术， 发现植物生长过程中根系分泌物对微生物的刺激作用可以使 电流输出功能功率提高 7 倍[7]。
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微生物燃料电池在废水处理中的应用
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传统废水处理工艺需求能量较高，随着全球经济的高速 发展，能源危机已成为当今国际社会共同面临的重大问题。 因此，寻求低能耗、无污染或少污染、经济效益好的废水 处理工艺是水污染控制领域亟需研究解决的重要课题。
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2019/10/1
图1-1 微生物燃料电池原理图[1]
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阳极半反应： 阴极半反应：
微生物燃料电池的基本原理打破了微生物呼吸链 电子的传递方向，利用电极作为细胞呼吸过程的终 端电子受体，把电子从细胞内引到了细胞以外的外 界环境，进而延伸到整个电池结构体系中，实现了 化学能向电能的转变。
境。微生物燃料电池即是利用阳极室内细菌作为催化剂，通过
细菌降解有机物产生电子和质子，产生的电子先传至细胞外，
经纳米导线或中间体传输至阳极，再经过外电路负载到达阴极
，在阴极与电子受体结合，由此产生电能；质子从阳极室通过
质子交换膜到达阴极，在阴极与质，氧气为阴极电子受体的MFC原 理图见图1-1。
MFC在固体废物堆肥中的应用
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有学者在固体介质如土壤、底泥中应用 MFC 技术，发 现植物生长过程中根系分泌物对微生物的刺激作用可以使 电流输出功能功率提高 7 倍。接下来介绍 MFC 技术新的 应用方向，在堆肥处理固体有机废物过程中构建MFC，将 堆肥中产生的生物能转变为电能。利用 MFC 可将堆肥中 的废气和废液进行二次生物处理，在减轻或消除毒害的同 时产生易于利用的电能，具有重要的实际意义。