微生物燃料电池的研究进展
微生物燃料电池纳米纤维极材料的研究进展
微生物燃料电池纳米纤维极材料的研究进展一、简述随着全球能源需求的不断增长和环境污染问题的日益严重，寻找清洁、高效的能源替代方案已成为全球科学家和工程师的重要课题。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFCs)作为一种新型的可再生能源技术，因其具有高能量密度、低成本、无污染等优点，近年来受到了广泛关注。
然而MFCs的实际性能受到电极材料的影响，因此研究高性能电极材料对于提高MFCs的能量转换效率具有重要意义。
纳米纤维极材料作为一种新型电极材料，具有比表面积大、导电性好、机械强度高等优点，被认为是MFCs领域的一个重要研究方向。
近年来研究人员通过合成、改性等多种方法制备了一系列纳米纤维极材料，并在MFCs中进行了性能测试。
这些研究表明，纳米纤维极材料可以显著提高MFCs的电流密度和功率密度，同时降低电极材料的体积和重量，从而提高MFCs的性能。
此外纳米纤维极材料还具有良好的耐腐蚀性和生物相容性，有利于实现MFCs的长期稳定运行。
尽管纳米纤维极材料在MFCs领域取得了一定的研究成果，但仍面临着许多挑战，如纳米纤维的可控性不足、电极材料的稳定性差等问题。
因此未来研究需要进一步优化纳米纤维极材料的制备工艺，提高其性能稳定性，以满足MFCs的实际应用需求。
1. 微生物燃料电池的概述；微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一种利用微生物(如细菌、真菌等)作为催化剂，通过氧化还原反应将有机物转化为电能的新型能源设备。
自20世纪90年代以来，微生物燃料电池因其具有低成本、无污染、可再生等优点，逐渐受到学术界和工业界的关注。
近年来随着生物技术的发展，微生物燃料电池的研究取得了显著的进展，不仅在理论上得到了深入探讨，而且在实际应用中也取得了重要突破。
微生物燃料电池的核心部件是电极材料，其性能直接影响到电池的性能和稳定性。
因此研究和开发高性能、高稳定性的电极材料对于提高微生物燃料电池的能量效率和使用寿命具有重要意义。
微生物燃料电池构造研究进展
微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池基本原理是通过微生物催化剂在阳极与阴极之间进行电子传递，从而产生电能。
微生物燃料电池通常由阳极、阴极、离子交换膜、电子传导体等构成。
在阳极，有机化合物经过微生物氧化产生电子和质子，电子通过外部电路传导到阴极，质子则通过离子交换膜移动到阴极。
在阴极，氧气或其他电子受体接受电子与质子结合产生水。
通过这种电子传递和质子转移的过程，微生物燃料电池将化学能转化为电能。
微生物燃料电池的构造要素是实现电子传递和质子转移的核心。
阳极是微生物燃料电池的能量来源，需要选择合适的微生物催化剂。
常见的微生物催化剂有细菌、藻类等。
为了增大阳极的表面积，常采用三维电极材料，如碳纳米管、纳米颗粒等。
阴极则需要高效的电子传导体，一般采用铂等贵金属。
离子交换膜起到隔离阳极和阴极的作用，常采用阴离子交换膜或阳离子交换膜。
微生物燃料电池的研究进展涉及多个方面。
首先是微生物种类的研究，探索适合于微生物燃料电池的微生物催化剂，以提高电池的效率和稳定性。
同时，也需要研究微生物对不同有机物质的降解能力，以扩展微生物燃料电池的应用范围。
其次是电极材料的改进研究，探索新型电极材料，提高阳极表面积和电子传导效率。
减少或替代贵金属等昂贵材料，也是一个重要的研究方向。
此外，离子交换膜的研究也在不断进步，以提高质子转移效率和减少能量损失。
另外，微生物燃料电池的应用也不断扩展。
除了用于能源生产，微生物燃料电池还可以应用于环境修复、废水处理等领域。
通过微生物的降解作用，可将有机废物转化为电能，既减少了有机废物的污染，又实现了废物资源化利用。
此外，微生物燃料电池还可以应用于生物传感器、生物医学等领域，为相关领域的发展提供了新的可能性。
综上所述，微生物燃料电池作为一种环保、可持续发展的新型能源技术，受到了广泛的研究关注。
通过对微生物燃料电池的构造要素和研究进展的综述，我们可以看到这一领域的发展潜力和前景。
未来，还需要进一步深入研究微生物燃料电池的基本原理、构造要素以及应用前景，以推动微生物燃料电池技术的发展和应用综合来看，微生物燃料电池是一项具有巨大潜力的环保能源技术。
微生物燃料电池的发展现状与未来趋势分析
微生物燃料电池的发展现状与未来趋势分析一、引言微生物燃料电池作为一种新兴的绿色能源技术，吸引了广泛的研究兴趣。
它利用微生物的代谢活动将有机废物转化为电能，具有环境友好、可持续发展等多种优势。
本文将对微生物燃料电池的发展现状以及未来的发展趋势进行分析和展望。
二、微生物燃料电池的发展现状1. 技术原理和工作机制微生物燃料电池是一种将有机废物转化为电能的技术，其中微生物在阳极上进行氧化还原反应，释放出电子，而在阴极上，电子与氧气结合生成水。
这一技术原理能够为废物处理提供新的解决方案，并实现同时产生能源的效果。
2. 应用领域和商业化进展微生物燃料电池在废物处理、能源生产和环境修复等领域具有广泛的应用前景。
目前，已有一些微生物燃料电池产品投入市场，并取得了一定的商业化进展。
以废水处理为例，微生物燃料电池可以将有机物降解为无机物，从而实现废水的净化和能源的回收，为企业节约了处理成本。
三、微生物燃料电池的挑战与未来趋势1. 技术挑战微生物燃料电池目前仍面临着一些技术挑战，如电化学效率低、微生物耐受性差、实际应用环境不确定性等。
这些问题限制了微生物燃料电池的实际应用和规模化推广。
因此，需要通过针对性的研究和技术创新来解决这些挑战。
2. 发展趋势虽然微生物燃料电池面临着一些挑战，但其具有长期发展的潜力。
未来，微生物燃料电池有望在以下几个方面实现进一步的发展。
首先，技术创新将推动微生物燃料电池的发展。
通过改进阳极、阴极材料，提高电化学效率以及微生物对废物的降解效率等方面的研究，将有助于提升微生物燃料电池的性能。
其次，微生物燃料电池与其他能源技术的结合将加速其推广。
如将微生物燃料电池与太阳能、风能等进行组合应用，可以实现能源的多样化和综合利用，进一步提高能源利用效率。
再次，政策支持与市场需求将成为微生物燃料电池发展的重要驱动力。
随着环境保护和可持续能源的需求增加，政府对微生物燃料电池的支持力度将进一步增加，为其规模化应用和商业化发展提供有利条件。
微生物燃料电池构造研究进展
微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物代谢活性将有机物（如废水、污泥等）转化为电能的技术。
该技术的发展为废弃物的处理和能源获取提供了一种新颖的途径。
近年来，微生物燃料电池在研究和应用中取得了一系列的进展。
首先，关于微生物燃料电池构造的研究重点主要包括电极材料、微生物群落和电子中介物的选取等方面。
电极是微生物燃料电池的重要组成部分，其材料的选择直接影响到能量转化效率和稳定性。
常用的电极材料包括碳纳米管、氧化物和导电聚合物等，这些材料具有良好的导电性和生物相容性。
同时，为了提高电极的催化活性，研究人员还引入了纳米颗粒、催化剂等辅助材料，进一步提高电极的性能。
其次，微生物群落在微生物燃料电池中起到了重要的作用。
选择合适的微生物能够提高电子转移效率和电能输出。
其中，传统的微生物群落主要包括脱氢菌和电化学活性菌等。
脱氢菌通过酶的作用将有机物氧化为电子和质子，而电化学活性菌则利用电子和质子来还原氧化剂，完成电路中的电子传递。
最近，一些研究者正在探索采用基因工程方法改造微生物群落，以进一步提高微生物燃料电池的性能。
如利用基因工程技术，可以使微生物产生更多的电子中转蛋白，从而增加电极和电子转移酶之间的接触面积，提高转移效率。
第三，电子中介物的选择对微生物燃料电池的效率也有重要影响。
传统的电子中介物主要是存在于电极材料上的红外物质。
这些红外物质能够帮助电子从微生物细胞中释放出来，并在电极表面进行直接传递。
但是，这些电子中介物的使用可能存在环境污染的问题。
因此，研究人员开始探索更加环保和可再生的电子中介物。
如最近的研究表明，微生物本身也具有一定的电子传导能力，因此可以利用微生物自身来完成电子传递，减少对传统电子中介物的依赖。
此外，还有一些研究致力于提高微生物燃料电池的稳定性和可持续性。
长期运行过程中，微生物燃料电池常常会受到微生物代谢活性的下降和电极材料的腐蚀等问题。
微生物燃料电池的研究进展.
山西大学研究生学位课程论文（2013 ---- 2014学年第学期）学院（中心、所）：专业名称：课程名称：高等环境微生物论文题目：微生物燃料电池的研究进展授课教师（职称）：研究生姓名：年级：学号：成绩：评阅日期：山西大学研究生学院2014年月日微生物燃料电池的研究进展学生：指导老师：摘要：微生物燃料电池作为一种可再生能源是当下的一个研究热点。
本文从微生物燃料电池的由来，原理，分类，研究方向，应用前景等方面对微生物燃料电池做了一大致的概述。
介绍了几种主要的燃料电池细菌。
关键字微生物燃料电池随着全球化石油燃料的减少和由此产生的温室效应的加剧，一种清洁高效的能源走进了人们的视野，它便是微生物燃料电池。
微生物燃料电池(Microbiological Fuel Cells)并非刚刚出现的一项技术，早在1910年，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，于是，他用铂作电极，将其放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里，成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。
利用微生物的作用进行能量转换(如碳水化合物的代谢或光合作用等)，把呼吸作用产生的电子传递到电极上，这样的装置叫微生物燃料电池。
用微生物作生物催化剂，可以在常温常压下进行能量转换。
[1]纵观微生物燃料电池的发展历史，经历了几种形式的变革[2]。
早期的微生物燃料电池是将微生物发酵的产物作为电池的燃料，如从家畜粪便中提取甲烷气体作为燃料发电。
20世纪60年代末以来，人们将微生物发酵和制电过程合为一体。
20世纪80年代后，由于电子传递中间体的广泛应用，微生物燃料电池的输出功率有了较大提高，使其作为小功率电源而使用的可行性增大，并因此推动了它的研究和开发。
2002年后，随着直接将电子传递给固体电子受体的菌种的发现，人们发明了无需使用电子传递中间体的微生物电池，其中所使用的菌种可以将电子直接传递给电极。
由于微生物燃料电池能够长时间提供稳定电能，所以它在诸如深海底部和敌方境内的军事装备这些“特殊区域”具有潜在用途．近年来，微生物燃料电池的研究受到了广泛关注。
能源储存与利用的微生物燃料电池研究
能源储存与利用的微生物燃料电池研究能源问题一直是全球关注的焦点问题，而随着科技的发展，人类对新型能源的探索也越来越深入。
在这些新型能源中，微生物燃料电池成为了越来越受关注的一种。
一、微生物燃料电池的定义微生物燃料电池是一种利用微生物代谢活动产生的电子来产生电力的新型能源技术。
其原理是通过将微生物植入特定电极中，在有机底物的存在下产生电子，使电极上的电能增加，从而实现对有机底物的储存和利用。
二、微生物燃料电池的优点相较于传统化石能源和电池，微生物燃料电池具有以下优点：1、相比传统电池，微生物燃料电池是一种可以重复利用的能源，尽管其能量密度相对较低，但其工作效率具有极高的可持续性。
2、微生物燃料电池所利用的有机底物来源广泛，可以利用自然资源的任何生物质废料，例如纤维素或厨余垃圾等，可以有效减少环境污染。
3、微生物燃料电池还具有成本低、占用空间少等特点。
三、微生物燃料电池的工作原理微生物燃料电池的工作原理分为两种：1、单室微生物燃料电池单室微生物燃料电池是指微生物燃料电池中产生电能的微生物都存在于一个反应器中，产生电子的过程发生在同一环境中。
电池的电子转移通路是电极–微生物–底物的，经过两个电极产生电子移动，从而形成电子流，并最终将电子传递到另一个电极中。
2、双室微生物燃料电池双室微生物燃料电池是指将微生物的存在分为两个传递区域，在两个传递区域之间产生电子，通过外部线路完成电能的转换。
（图1 单室微生物燃料电池工作原理示意图）（图2 双室微生物燃料电池工作原理示意图）四、微生物燃料电池的研究现状目前，微生物燃料电池的研究主要集中在三个方面：1、微生物燃料电池的发电机理研究研究人员通过实验和模拟分析，不断深入探索微生物燃料电池的发电机理，从而更好地理解其中的内在机制。
2、微生物燃料电池的性能优化研究研究人员对微生物燃料电池的设计和操作进行了不断优化，例如改进电极材料、优化反应器等等。
3、微生物燃料电池在实际应用中的研究微生物燃料电池的应用也广泛被研究，包括但不限于区域微电网、废水处理、室内和户外照明、移动设备装置电源。
微生物燃料电池的研究和应用
微生物燃料电池的研究和应用微生物燃料电池是近年来备受关注的一项颇具潜力的清洁能源技术。
它利用微生物的代谢活动将有机废弃物转化为电能，不仅具有环保、可再生的特点，还可以从废物中回收能源。
本文将从研究和应用两个方面来探讨微生物燃料电池的发展。
一、微生物燃料电池的研究1.1 微生物燃料电池的基本原理微生物燃料电池以微生物为媒介，将废弃物中的有机物质通过微生物的代谢活动转化为电子。
它利用了微生物的生物电化学反应，通过氧化废弃物中的有机物质，将其转化为电子和质子。
微生物使用特殊的酶来催化这些反应，将有机物质转化为二氧化碳和电子，电子则在电极上流动，产生电流。
这样就实现了能量的转化和回收。
1.2 微生物燃料电池的研究进展微生物燃料电池的研究已经取得了一些重要的进展。
科研人员不断改进电极材料和微生物种类，以提高微生物燃料电池的性能和效率。
一些新型电极材料，如天然石墨烯和金属有机骨架材料，具有更好的电导性和催化性能，可以促进微生物燃料电池的反应速率。
此外，研究人员还发现了一些新型的电转移体系，可以增强微生物和电极之间的电子传输效果。
二、微生物燃料电池的应用2.1 微生物燃料电池在环境污染治理中的应用微生物燃料电池可以将有机废弃物转化为电能，为环境污染治理提供了一种创新的方法。
传统的废弃物处理方法可能会产生二氧化碳和其他有害物质，而微生物燃料电池可以将有机物质完全转化为电能和无害的气体。
这样不仅减少了废弃物的排放，还产生了电能用于其他用途，减少对传统能源的需求。
2.2 微生物燃料电池在能源回收利用中的应用微生物燃料电池可以将废弃物中的有机物质转化为电能，实现能源的回收利用。
在农村地区或偏远地区，由于缺乏传统能源供应，微生物燃料电池可以成为一种非常有前景的能源解决方案。
通过收集并处理有机废弃物，可以提供可再生的电力供应。
此外，微生物燃料电池还可以在生活垃圾处理过程中提供有价值的资源回收，如有机肥料的产生。
2.3 微生物燃料电池在生物传感器中的应用微生物燃料电池还可以应用于生物传感器领域。
微生物燃料电池技术的研究进展
微生物燃料电池技术的研究进展近年来，随着环境污染日益加重，新能源技术正逐渐成为一种热门话题，微生物燃料电池技术就是其中之一。
微生物燃料电池技术是将生物体内的微生物进行利用，将其通过化学反应转化为电能供应器械使用，从而达到绿色环保的效果。
本文将从微生物燃料电池技术的原理、分类、应用以及未来发展方向四个方面来展开讨论。
一、微生物燃料电池技术的原理微生物燃料电池技术利用了微生物代谢的特性。
微生物在代谢过程中会产生电子，一般情况下，电子会释放到自由基、分子中去而形成较为稳定物质。
而微生物燃料电池技术便是通过掌握微生物代谢过程，将电子提取出来，并将其动员起来进行反应，从而产生电力。
具体而言，微生物燃料电池技术是利用微生物菌种代谢的产物如电子、氢离子、酸碱度等，与电极发生反应。
通过微生物与电极之间的媒介物质，在电极表面上形成微生物薄膜，将微生物的产物输入到电极中，从而形成电流，达到发电的效果。
二、微生物燃料电池技术的分类微生物燃料电池技术按照其所涉及的电极，可分为两类：阳极和阴极微生物燃料电池。
阳极微生物燃料电池，是指利用微生物对有机物进行氧化反应，并通过自由电子将反应生成的电子输送至阳极表面。
此类微生物燃料电池的主体为桶状结构，包括有机物质源、阳极、媒介和微生物等组件。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废水处理工程中。
阴极微生物燃料电池，是指利用微生物还原没有质子的化合物，将产生的电子由阴极输送到外部电路，以使电池发出电流。
与阳极微生物燃料电池不同，阴极微生物燃料电池是一种氧还原反应（ORR）技术。
酸碱性阴离子交换膜（AEM）被用作阴极颜料分解电解池的膜，以便于质子渗透到阳极以维持电荷平衡，而电子则流经外部电路。
这种类型的微生物燃料电池技术多用于废气处理工程中。
三、微生物燃料电池技术的应用微生物燃料电池技术在实际工业应用中具有广泛的应用前景。
1. 废水处理：微生物燃料电池技术具有优秀的废水处理效果。
利用微生物燃料电池技术处理废水可以在一定程度上降低传统废水处理的运行成本，改善处理效果。
微生物燃料电池技术的研究与应用
微生物燃料电池技术的研究与应用随着人类社会对环境保护问题的日益重视，越来越多的科学家和工程师开始寻求绿色、可再生的能源。
微生物燃料电池技术作为一种新兴的可再生能源技术，备受人们的关注和关注。
在这篇文章中，我们将探讨微生物燃料电池技术的定义、原理、研究进展和应用前景。
一、定义与原理微生物燃料电池技术是利用微生物的生物能量代谢过程将有机物转化为电能的一种新型能源技术。
微生物燃料电池的工作原理基于微生物的电化学活性。
在微生物的代谢过程中，有机物被氧化成CO2和电子，同时电子被移向电子接受体或氧化还原电解质中。
在微生物燃料电池中，电子将被转移到金属阳极上（如铜、铁）或其他电化学固体电极上，而电荷转移会导致电子流，从而产生电力。
这种能量结构被称为“生物-电化学系统”。
二、研究进展微生物燃料电池技术是一个相对较新的领域，发展历程还比较短。
在过去的两十多年里，科学家们已经进行了大量研究，逐渐深入了解了微生物燃料电池的工作原理和基本构造。
随着研究的不断深入，人们发现了许多与微生物燃料电池相关的技术挑战。
其中最主要的是提高微生物的电子转移效率和生产效率。
现有的微生物种类通常为电子转移提供不够充分的代谢途径，因此科学家们开始寻找能够提高电子转移效率的新型微生物株。
此外，还需要优化微生物燃料电池的构造和材料，以提高其生产效率和减少生产成本。
三、应用前景微生物燃料电池技术的应用前景非常广阔。
首先，微生物燃料电池可以作为一种“无源之水，无源之火”的能源供应方式，为偏远地区和发展中国家提供可靠的电源。
其次，微生物燃料电池也可以被广泛应用于环境监测和污染处理领域。
由于微生物燃料电池对多种污染物都具有高度的选择性和灵敏性，它可以用于检测环境中的污染物和监测地下水中的污染程度。
除此之外，微生物燃料电池还可以被应用于废水和污泥处理领域，利用废水和污泥中的有机污染物来发电，从而实现资源的再利用和减少环境污染。
总之，微生物燃料电池技术是一项具有极高发展潜力的新兴能源技术，它能够为我们提供绿色、可再生的能源，成为未来可持续发展的重要组成部分。
微生物燃料电池研究进展
微生物燃料电池研究进展一、本文概述微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是一种将微生物的生物化学过程与电化学过程相结合的新型能源技术。
近年来，随着全球对可再生能源和环保技术的日益关注，MFC因其在废水处理同时产生电能的优势，受到了广泛关注和研究。
本文旨在综述当前微生物燃料电池的研究进展，包括其基本原理、性能提升、应用领域以及未来挑战等方面，以期为MFC的进一步研究和应用提供参考和借鉴。
MFC的基本原理是利用微生物作为催化剂，将有机物质在阳极进行氧化反应，产生电子和质子。
电子通过外电路传递到阴极，与阴极的氧化剂（如氧气）发生还原反应，产生电能。
同时，质子通过电解质传递到阴极，与电子和氧化剂反应生成水。
MFC的性能受到多种因素的影响，包括微生物种类、电极材料、电解质性质、操作条件等。
目前，MFC的研究主要集中在性能提升和应用拓展两个方面。
性能提升方面，研究者们通过优化电极材料、改进电解质配方、提高微生物活性等手段，提高了MFC的产电性能。
应用拓展方面，MFC已被尝试应用于废水处理、生物传感器、海洋能源开发等领域，展示了其广阔的应用前景。
然而，MFC技术仍面临一些挑战和问题，如产电效率低、稳定性差、成本高等。
因此，未来的研究需要在提高MFC性能的注重其实际应用中的可操作性和经济性。
本文将对MFC的研究进展进行详细的梳理和评价，以期为MFC的进一步发展和应用提供有益的参考。
二、MFC的分类与特点微生物燃料电池（MFC）是一种将微生物的生物化学反应与电化学过程相结合，将化学能直接转化为电能的装置。
根据其结构、运行方式以及电解质的不同，MFC可以分为多种类型，各具特色。
单室MFC：单室MFC是最简单的MFC结构，阳极和阴极位于同一室中，通过质子交换膜分隔。
这种结构使得MFC更为紧凑，但也可能因为质子传递的限制而影响性能。
双室MFC：双室MFC由两个独立的室组成，分别包含阳极和阴极，通过质子交换膜或盐桥连接。
微生物燃料电池构造研究进展
微生物燃料电池构造研究进展微生物燃料电池构造研究进展引言在当前全球能源需求日益增长，以及碳排放和环境污染不断加剧的形势下，寻找一种高效、清洁的能源替代方案成为了当务之急。
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，简称MFC）作为一种新型的能量转化设备，利用微生物固有的代谢特性将有机物（如废水、有机废料等）转化为能量，旨在为解决能源问题和环境保护提供了一种创新的思路。
本文将从微生物燃料电池的构造及研究进展出发，探讨其应用前景和发展方向。
一、微生物燃料电池的构造微生物燃料电池是一种将微生物的代谢活动转化为电能的生物电化学装置。
其主要构造包括阳极、阴极和质子转移膜三个基本部分。
1. 阳极阳极是MFC的重要组成部分，作为微生物的附着载体和电子传递介质，应具备良好的导电性和较大的比表面积。
常用的阳极材料包括碳纳米管、金属氧化物、导电聚合物等。
此外，为了增加阳极表面的微生物负荷量和提高微生物电子传递效率，可以采用改性阳极材料或人工合成材料。
2. 阴极阴极是MFC中与氧气反应的电极，从而完成电荷平衡。
常用的阴极材料有氧还原酶、催化剂等。
同时，为了提高阴极的还原效果，可以采用针对性的表面改性技术。
3. 质子转移膜质子转移膜是将阳极与阴极分隔开的重要组成部分，用于阻止氧气进入阳极区。
传统的质子转移膜材料主要包括聚四氟乙烯（PTFE）和Nafion等。
近年来，研究者们也涌现出许多新型质子转移膜材料，如多孔瓷介质膜、生物膜等。
二、微生物燃料电池的研究进展近年来，微生物燃料电池的研究取得了长足的进展。
以下从不同角度对其研究进展进行综述。
1. 电子传递机制电子传递机制是微生物燃料电池研究中的核心问题之一。
传统观点认为，微生物通过直接电子传递（Direct Electron Transfer，简称DET）或间接电子传递（Mediated Electron Transfer，简称MET）的方式将代谢产物释放的电子传递到阳极上。
微生物燃料电池的新型技术研究
微生物燃料电池的新型技术研究一、引言随着全球能源需求的不断增加和环境污染的日益严重，现代能源技术正面临着前所未有的挑战。
传统能源技术虽然能够满足人们的需求，但以煤、石油等化石燃料为代价，也带来了不可逆转的环境问题。
微生物燃料电池作为一种新型的能源技术应运而生，在能源上为人们提供了新的选择。
本文将就微生物燃料电池的新型技术研究进行探讨。
二、微生物燃料电池的定义微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是一种将化学能转化为电能的新型生物电化学系统，是利用微生物通过氧化有机物释放出的电子流来产生电能。
三、微生物燃料电池的发展历程微生物燃料电池自2003年开始得到了广泛的研究和关注。
尽管在过去十多年里，其性能得到了显著的改进，但其应用仅局限于实验室中的小规模设备。
针对微生物燃料电池的研究主要包括：（1）物种筛选：有很多种微生物可以用于微生物燃料电池，但每种微生物产生的电能都不同。
因此，必须对这些物种进行筛选。
（2）电极材料：电极材料的选择对微生物燃料电池的性能影响很大。
大多数的微生物燃料电池使用碳材料电极，比如碳纤维、活性炭、石墨等。
（3）电解质：电解质对微生物燃料电池的性能也有很大的影响。
许多研究表明，金属离子和小分子溶解物可以增加微生物燃料电池的性能。
（4）电极结构：电极结构是影响微生物燃料电池性能的关键因素之一。
目前，传统的电极结构通常是平面电极或管状电极。
（5）电池设计：电池设计是微生物燃料电池性能的另一个关键因素。
电池设计需要考虑电极面积、电极距离、电极位置等。
四、微生物燃料电池的性能优势微生物燃料电池是一种新型的、清洁的、可再生的能源技术。
与化石燃料相比，微生物燃料电池有很多优势，包括：（1）环保：微生物燃料电池不会产生排放物，不会污染环境。
（2）可再生：微生物燃料电池是一种可再生的能源技术，它可利用有机物质来生产能量。
（3）高效：微生物燃料电池的效率可以高达80%，大大增加了能源的利用效率。
微生物燃料电池在废水处理中的研究进展
微生物燃料电池在废水处理中的研究进展微生物燃料电池在废水处理中的研究进展引言：废水处理一直是环保领域亟待解决的问题之一。
随着全球环境污染的日益严重，寻找高效、经济、环保的废水处理方法成为了当务之急。
作为一种新型的废水处理技术，微生物燃料电池慢慢显示出其巨大的潜力。
本文将对微生物燃料电池在废水处理中的研究进展进行综述，以期能够对废水处理领域的研究人员提供借鉴和启发。
第一部分：微生物燃料电池概述微生物燃料电池是一种利用微生物代谢产生的电子来发电的技术。
其基本结构由阳极、阴极和电解质组成。
通过微生物代谢将有机物氧化为电子，这些电子经过外部电路流向阴极反应物，反应产生的电子和阳离子结合形成水。
微生物燃料电池既是一种新型的可再生能源，同时也是一种废水处理技术。
第二部分：微生物燃料电池在废水处理中的应用微生物燃料电池在废水处理中的应用主要有以下几个方面： 1. 有机废水处理：微生物燃料电池可以利用废水中的有机物质作为电子提供者，通过菌种的代谢过程将有机物质氧化为电子，从而实现废水的净化。
研究表明，在厌氧条件下，微生物燃料电池能够高效地降解有机废水，将其转化为CO2和水，达到净化废水的目的。
2. 氨氮废水处理：氨氮是一种常见的污染物，它对水体生态环境和人类健康都有很大的危害。
传统的氨氮废水处理方法比较复杂且耗能，而微生物燃料电池通过菌种的活动将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，进而降解为氮气排放，实现了废水的高效处理。
3. 重金属废水处理：重金属是一类常见的废水污染物，对环境和生物体都有很大的毒性。
微生物燃料电池通过电化学反应的手段将重金属离子还原为对环境无害的金属沉淀物，有效地去除了重金属污染。
第三部分：微生物燃料电池的优势和挑战微生物燃料电池在废水处理中具有以下优势：1. 高效能源转化：微生物燃料电池可以将有机物质高效地转化为电能，实现能源的转化和回收利用。
2. 环保低碳：与传统的废水处理方法相比，微生物燃料电池可以减少能源消耗和废物排放，具有环保低碳的特点。
微生物燃料电池
微生物燃料电池的研究现状和进展摘要：微生物燃料电池(microbial full cells，MFCs）是利用微生物作为反应主体，将燃料(有机物质)的化学能直接转化为电能的一种装置。
本文从微生物燃料电池的定义、产电机理以及应用的细菌和产电方式等方面对微生物燃料电池全面阐述，并对当前的研究的热点做了总结及展望。
关键词：微生物燃料电池产电微生物微生物燃料电池(microbial full cells，MFCs）是利用微生物作为反应主体，将燃料(有机物质)的化学能直接转化为电能的一种装置。
利用MFC不仅可以直接将水中或者污泥中的有机物降解,而且同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子转化成电流,从而获得电能。
因此，微生物燃料电池是一种清洁的能源，具有极大的应用前景，目前，微生物燃料电池的研究刚起步，有待于更进一步深入研究。
1、微生物燃料电池的原理图1显示的是典型的双室微生物燃料电池的示意图，阴极和阳极室被质子交换膜分开，微生物在阳极室生长，阳极室没有氧气，缺乏电子受体，微生物通过向阳极室的电极传送电子，并向溶液中释放质子，电子通过外电路达到阴极室的电极上，质子通过质子交换膜到达阴极，阴极室里充满溶解氧，电子、质子和氧气反应形成水。
在这一过程中，形成了完整的电流回路，产生的电子通过外电路，连接负载，产生能量[1]。
图1以上是介绍了典型的双室微生物燃料电池的基本原理，在微生物燃料电池的发展过程，分为单室微生物燃料电池和双室微生物燃料电池，都是基于这样基本原理。
2、微生物燃料电池中的产电微生物种类在微生物燃料电池中，微生物是重要的一部分，已报道的产电微生物有沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）、人苍白杆菌（Ochrobactrum anthropi）、铁还原红育菌（Rhodofoferax ferrireducens）、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophilia）、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、希万氏菌（Shewanella putrefactions）、S. Oneidensis、硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）、金属还原地杆菌（G.metallireducens）、Geopsychrobacter electrodiphilus、丙酸硫叶菌（Desulfoblbus propionicus）、丁酸梭菌（Clostridium butyricum）、拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii）和Geothrix fermentan等[2]。
人工湿地-微生物燃料电池技术的研究进展
人工湿地-微生物燃料电池技术的探究进展引言：人工湿地是近年来广泛应用于废水处理的一种环保技术。
与传统废水处理方法相比，人工湿地具有更好的处理效果和更低的成本。
然而，传统的人工湿地处理技术存在着处理效率低、处理周期长等问题。
为了解决这些问题，探究人员开始探究将微生物燃料电池技术应用于人工湿地。
一、微生物燃料电池技术的原理微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，简称MFC）是一种利用微生物将有机废物转化为电能的新型能源转换技术。
MFC 利用电活性微生物将废物中的有机物氧化还原反应（简称生物电化学反应）转化为电能，从而实现能源的转换。
MFC中的两个关键组件是阳极和阴极。
阳极上的电活性微生物通过氧化有机物产生电子，并通过外部电路流向阴极，与阴极上的氧发生反应，从而形成电流。
微生物燃料电池技术在能源回收领域具有宽广的应用前景。
二、人工湿地与微生物燃料电池的结合在传统的人工湿地中，微生物在底泥等介质中起着关键作用。
而微生物燃料电池正是通过利用微生物进行电化学反应来实现废物处理和能源回收的。
因此，将微生物燃料电池技术与人工湿地相结合具有很大的潜力。
1. 提高废物处理效率传统的人工湿地处理废物周期较长，处理效率有限。
而微生物燃料电池技术可以利用阳极上的电活性微生物将有机物快速氧化，以更高的效率进行废物处理。
2. 同时实现能源回收人工湿地与微生物燃料电池结合后，废物处理不仅能够高效进行，还能够回收产生的电能。
这种联合应用可以解决能源短缺和环境污染等问题。
3. 增强人工湿地的稳定性微生物燃料电池技术可以提高人工湿地的稳定性。
通过外加电势的方式，可以加快微生物的氧化反应速率，并缩减微生物产生的沉积物，从而提高人工湿地的长期稳定性。
三、前景展望与挑战人工湿地-微生物燃料电池技术的结合为废物处理和能源回收领域带来了新的机会。
然而，目前依旧存在一些挑战需要克服。
1. 电化学反应的提高目前微生物燃料电池的效率依旧相对较低，需要进一步探究提高电化学反应的效率，以提高能源回收的效果。
微生物燃料电池的研究应用进展
微生物燃料电池的研究应用进展微生物燃料电池的研究应用进展绪论近年来，随着能源需求不断增加和对可持续发展的呼声日益高涨，寻求替代能源的研究得到了广泛关注。
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）作为一种新兴的生物能源技术，引起了科学家们的极大兴趣。
它将微生物与电化学过程相结合，能够从有机废弃物中产生电能。
微生物燃料电池的研究应用进展迅速，涉及领域广泛，包括环境保护、能源产生和资源回收等。
本文将系统地介绍微生物燃料电池的原理、结构与类型、研究进展及应用前景。
一、微生物燃料电池的原理微生物燃料电池通过微生物的代谢过程将有机物转化为电子，进而产生电能。
其基本原理是利用微生物在筑巢细菌（Exoelectrogenic bacteria）的作用下，将有机废弃物氧化为CO2和电子，从而产生电流。
微生物通过电子传递链（Electron transfer chain）将电子从底物中转移到固定的电极界面上。
微生物的代谢过程中涉及多种电子传递机制。
一个常见的方式是通过呼吸过程，将底物氧化为CO2，并同步产生电子和质子。
这些电子可以通过外部电路传导至阳极电极，从而产生电流。
此外，还有一种电化学协同作用的机制，即微生物通过菌体表面的细胞外酶将环境中的底物进行降解，在此过程中产生电子。
二、微生物燃料电池的结构和类型微生物燃料电池通常由两个电极和微生物解决方案组成。
电极通常分为阳极（anode）和阴极（cathode）两部分。
阳极是微生物代谢产生的电子传输到外部电路的地方，而阴极是将电子和质子还原为水的地方。
根据微生物燃料电池的结构和工作方式不同，可以分为多种类型。
常见的有单室微生物燃料电池、双室微生物燃料电池、微生物燃料电池燃料电池等。
单室微生物燃料电池是最简单的结构，阴极和阳极共用一个室内。
双室微生物燃料电池通过阴阳两室的划分，可以控制阴极上的氧气供应，提高电极的效率。
微生物燃料电池燃料电池将微生物和能源媒介分开，能够有效控制阳极和阴极间的电子和质子传输。
微生物燃料电池——人工湿地耦合系统研究进展
微生物燃料电池——人工湿地耦合系统研究进展微生物燃料电池——人工湿地耦合系统研究进展随着全球能源危机的加剧和对可再生能源的需求增加，寻找新型、高效的能源转换和利用方式变得愈发迫切。
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，简称MFC）作为一种潜在的清洁能源技术，近年来吸引了广泛的关注。
在MFC的基础上，人工湿地（Constructed Wetland，简称CW）作为MFC的适配技术之一，也被广泛应用于废水处理和生态修复中。
本文将重点介绍MFC与CW的耦合系统在能量转化和环境修复方面的研究进展。
一、微生物燃料电池微生物燃料电池是一种利用微生物的代谢活动将有机物质转化为电能的装置。
其基本结构包括阴阳极、电解质溶液和微生物产生的电子传递链。
通过微生物的代谢活性，在无需添加外部能源的情况下，可以将有机废弃物（如废水、沉淀物等）转化为电能。
MFC不仅是一种高效的能源转换方式，同时还具有清洁、可持续和低成本的特点。
二、人工湿地人工湿地是一种依靠湿生植物及其附生的微生物来处理废水和修复生态环境的技术。
它模拟自然湿地的功能，通过植物的吸收和微生物的降解，有效去除废水中的污染物质。
人工湿地具有低成本、低能耗、多功能等特点，在废水处理和生态修复方面有广阔的应用前景。
三、MFC与CW的耦合系统研究进展MFC与CW的耦合系统利用MFC提供的电子传递链和湿地植物的吸收转化机制相结合，实现了高效的废水处理和能量回收。
该耦合系统在降解有机物、去除氮磷等污染物的同时，还能够产生电能。
1. 能量转化MFC与CW的耦合系统通过微生物的电子传递链，将废水中的有机物质转化为电能。
研究发现，MFC与CW的耦合系统在能量转化效率方面明显优于单独使用MFC或CW的情况。
这是因为湿地植物的根系提供了更多的微生物附着面，增加了微生物与底物的接触面积，从而提高了MFC的产能。
2. 废水处理MFC与CW的耦合系统在废水处理方面具有显著效果。
微生物燃料电池的研究进展与应用
微生物燃料电池的研究进展与应用微生物燃料电池是一种新型的生物能源转换技术，通过微生物群落将废弃物转化为电能。
它的出现，能够将有机废弃物和其他生物材料转换成清洁、低成本的能源。
近年来，微生物燃料电池在实验室中已被证明是一种非常可行的科技，可以应用于很多领域。
微生物燃料电池的基本构造与原理微生物燃料电池包含两个基本元素：阳极和阴极。
它们之间的内部结构通常由一个温室效应墙组成，这种墙可以保持空气中的氧气与湿度的稳定。
阳极和阴极中间由导电性材料隔离，使微生物能够从阳极侧转移到阴极侧。
在阳极侧，有机化合物（例如糖）被微生物氧化成二氧化碳和电子，并通过微生物的代谢作用产生一个电流。
这个电流随后通过导电器输出，用于驱动外部电路和设备。
同时，在阴极侧，产生了氧化剂，其中电子被氧化等离子体接受，以继续支持电流的流动。
微生物燃料电池的研究进展自从微生物燃料电池被首次提出以来，研究团队一直在积极探索这项技术。
目前，已经有大量的研究工作，包括燃料选择、生产率、微生物群落和系统设计等方面。
其中，微生物选择和燃料选择是特别重要的，因为它们直接影响了电池的性能。
一些研究采用多种有机化合物作为燃料。
例如，一些研究者使用葡萄糖作为基础燃料，其他人则使用食品残渣、污泥、动物粪便等。
而最新的研究则尝试使用深海油和海藻之类的未开发燃料。
这些配方通常取决于微生物类型、产生的废物类型和结构。
在选择燃料类型时，研究者需要考虑优化电池的产能和效率，同时关注废物对环境的潜在影响。
在微生物方面，研究者还在探索多种微生物群落的应用。
例如，人体内的益生菌和细菌群通过电子转移在口腔和肠道内形成微生物燃料电池。
也有研究者尝试使用更加多样化的微生物群落，如硫酸盐还原菌、铁还原菌、生物氧化菌等。
此外，也有人研究了添加矿物盐和催化剂对减少臭氧和稳定微生物群落的作用。
微生物燃料电池的应用前景微生物燃料电池不仅仅是一个在实验室研究的技术，也被广泛应用于工业和农业以及其他领域。
用于污水处理的微生物燃料电池研究最新进展
用于污水处理的微生物燃料电池研究最新进展用于污水处理的微生物燃料电池研究最新进展污水处理是现代城市生活中不可避免的环境问题之一。
传统污水处理方法包括物理、化学和生物处理，但这些方法往往需要大量能源和化学试剂，同时产生大量废弃物。
近年来，微生物燃料电池作为一种新兴技术，正在成为替代传统污水处理方法的一种可行选择。
微生物燃料电池通过利用微生物的代谢活动将有机物转化为电能。
其基本原理是将废水中的有机物质以电子供体的形式供给微生物，微生物通过氧化有机物质产生电子，并通过电子传导体将电子传递到电极上。
在电子传导过程中，电极上的氧气与电子结合从而形成电流，达到能量转化的目的。
微生物燃料电池的独特之处在于同时实现了废弃物的处理和能源的产生，不仅能有效降解废水中的有机物质，还能从中获取一定的电能。
近年来，国内外科研人员对微生物燃料电池的研究取得了许多重要的进展。
首先，在微生物的选择和培养方面，研究人员通过优化培养条件和选用适宜的微生物菌种，提高了微生物燃料电池的效率。
以传统的厌氧消化作为前处理，可以将污水中的有机物质转化为适合微生物燃料电池的底物。
同时，通过基因工程技术的应用，研究人员还构建了一些具有高效产电能力的菌株，进一步提高了微生物燃料电池的性能。
其次，在电极材料的研发方面，科研人员着重研究了电极材料的催化性能和稳定性。
传统的电极材料如铂、碳纳米管等能够催化氧还原反应，但价格昂贵且不稳定，限制了微生物燃料电池的大规模应用。
为了解决这一问题，科研人员开始研究廉价、高效的电极材料。
例如，利用过去几年发展起来的二维材料，如石墨烯和过渡金属氧化物，这些材料不仅具有良好的导电性和催化活性，而且具有较高的稳定性和廉价性，能够满足微生物燃料电池在实际应用中的要求。
此外，在微生物燃料电池的性能优化方面，科研人员还提出了一系列创新策略。
例如，结构设计方面，研究人员通过调整微生物燃料电池体系的流体动力学和反应动力学，优化电极布局和流体流动方式，提高了微生物燃料电池的电子传导效率和底物利用效率。
微生物燃料电池在废水处理中的研究进展
微生物燃料电池在废水处理中的研究进展微生物燃料电池（Microbial Fuel Cells，缩写为MFCs）是一种新型的环境友好型能源转换技术，其利用微生物的代谢活性将有机废水中的化学能转化为电能。
这一技术在废水处理领域具有广阔的应用前景。
本文将对微生物燃料电池在废水处理中的研究进展进行探讨。
首先，微生物燃料电池的基本原理是利用微生物的代谢过程将有机废水中的有机物质氧化成二氧化碳和电子，而这些电子将通过电极传递，从而产生电流。
这种原理既能有效地处理废水中的有机物，又能同时生产可再生的电能，具有可持续发展的特点。
近年来，研究者们对微生物燃料电池的性能进行了不断地改进和优化。
首先是选择合适的微生物。
目前，常用的微生物包括放线菌、蓝藻、硫酸盐还原菌等。
这些微生物能够在低氧或者无氧环境下生存，并对有机废水进行有效的氧化反应。
此外，还可以通过改变电极材料的表面特性来吸附和固定微生物，从而提高微生物燃料电池的性能。
其次，微生物燃料电池的电极结构也是影响性能的关键因素之一。
传统的微生物燃料电池采用的是两个电极配置，即阳极和阴极。
阳极是微生物的生长基质，而阴极则是接受电子的地方。
两个电极之间通过离子选择性的隔膜相隔，防止阳离子和阴离子之间的直接传输。
然而，这种结构限制了微生物燃料电池的进一步发展。
近年来，研究者们提出了新型的电极结构，如三维纳米颗粒结构、多孔材料等，提高了微生物燃料电池的效率和稳定性。
此外，微生物燃料电池中的微生物群落结构对其性能也有重要影响。
微生物群落在微生物燃料电池中发挥着关键的作用，它们参与有机物质的降解和电子传递过程。
研究表明，通过调节电解质浓度、氧气输送、温度等因素，可以控制微生物群落的结构和组成，从而优化微生物燃料电池的性能。
最后，微生物燃料电池在实际应用中也取得了一定的进展。
目前，已经有一些微生物燃料电池成功应用于废水处理中。
例如，某些工业废水经过微生物燃料电池处理后，不仅能够达到符合环保要求的排放标准，还能够同时产生电能，实现废物的资源化利用。
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一般而言，微生物燃料电池都是在缺氧条件下通过向阳极传递电子氧化电子供体来实现的(见图1)，电子供体可以是微生物代谢底物，也可以是人工添加的辅助电子传递中间体，这种中间体能够从微生物那里获得电子，然后将获得的电子传递到阳极。有些情况下，微生物本身可以产生可溶性电子传递中间体，或者直接将产生的电子传递到阳极表面，电子通过外电路到达阴极，有机物氧化过程中释放的质子通过质子交换膜到达阴极，而这种交换膜能限制溶氧进入阳极室，最后，电子、质子和氧气在阴极表面结合形成水。
4.微生物燃料电池的应用实例
4.1单一反应槽微生物燃料电池
单一反应槽微生物燃料电池是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽，里面装有8根阳极石墨棒，它们围绕着一根阴极棒，密闭槽中间以质子交换膜间隔。密闭槽外部以铜线组成的闭合电路，用作电子流通的路径。当污水被注入反应槽后，细菌酶将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子和质子。其中，电子流向阳极，而质子则通过槽内的质子交换膜流向阴极，并在那里与空气中的氧以及电子结合，生成干净的水，从而完成对污水的处理。与此同时，反应槽内阳极和阴极之间的电子交换产生了电压，使该设备能够给外部电路供电。
关键字微生物燃料电池
随着全球化石油燃料的减少和由此产生的温室效应的加剧，一种清洁高效的能源走进了人们的视野，它便是微生物燃料电池。微生物燃料电池(Microbiological Fuel Cells)并非刚刚出现的一项技术，早在1910年，英国植物学家马克·比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流，于是，他用铂作电极，将其放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里，成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。
为了将微生物燃料电池中的生物催化体系组合在一起，需要将微生物细胞和电子传递中间体共同固定在阳极表面。然而，微生物细胞的活性组分往往被细胞膜包裹在细胞内部，而电子传递中间体则又被吸附在细胞膜表面，因而无法形成有效的电子传递，很难实现共同
固定。有机染料中性红是公认的一种具有活性的、能实现从Escherichia coli传递电子的电子传递中间体。它可通过石墨电极表面的羧基和染料中的氨基共价键合实现固定化，在厌氧条件下与电极键合的染料能促使微生物细胞与电极之间的电子传递，表明只有那些能到达电极表面的细菌才具有导电性。
尽管目前该设备的能量输出相对较低，但相信经过科研工作者的技术改进，它最终能用来处理工农业中的废水和废物，也可以用在食品加工厂甚至载人航天器内。
4.2持续进料的上流型微生物燃料电池（UMFC）
2006年，美国华盛顿大学的研究人员表示，华盛顿大学的化学工程助理教授Lars Angenent博士与华盛顿大学环境工程科学项目的1名成员共同设计了一种持续进料的上流型微生物燃料电池(UM—FC)。这种装置的反应槽中有1个价格低廉的U形质子交换膜，它将阳极和阴极分隔开来。污水从底部进入系统反应槽，然后通过1个装满活性炭颗粒的圆桶被不断地送上来，废水中含有的有机物，可为细菌群提供丰富食物，让它们得以生存和繁衍，这些细菌在电池阳极电极上形成生物膜，同时在食用废水中的有机物向阳极释放电子，电子通过与阳极和阴极相连的铜导线移动到阴极，废水中的质子则穿过质子交换膜回到阴极，与电子和氧原子结合生成水。而电子在导线中的运动过程就形成了人们所需要的电流。U型质子交换膜的安装，增加了质子交换膜的面积，缩短了两极距离，因此降低了因阻力引起的能耗，使电池发电能力提高了10倍，每立方米溶液的发电量从3 w增加到了29 w。若功率输出能再增加10倍，那么这种微生物燃料电池系统便可广泛应用于食品工业和农业。
1.微生物燃料电池的工作原理和分类
微生物燃料电池是利用微生物作为反应主体，将燃料(有机物质)的化学能直接转化为电能的一种装置。其工作原理与传统的燃料电池存在许多相同之处，以葡萄糖作底物的燃料电池为例，其阴阳极化学反应式如下[3]：
阳极反应C6H12O6+6H20 CO2+24e-+24H+
阴极反应6O2+24e-+24H+ 12H2O
根据电子传递方式的不同，可将微生物燃料电池分为直接和间接微生物燃料电池[4-5]。所谓直接是指燃料在电极上氧化的同时，电子直接从燃料分子转移到电极；但如果燃料是在电解液中或其他处所反应，而电子则通过电子传递中间体传递到电极上就称为间接微生物燃料电池。
图1。微生物燃料电池结构示意图
2.间接微生物燃料电池
3.1腐败希瓦菌燃料电池
腐败希瓦菌(Shewanella putrefaciens)是一种还原铁细菌，在提供乳酸盐或氢之后，无需电子传递中间体就能产生电。最近，Kim[13]等采用循环伏安法来研究S.putrefaciensMR-l，S.putrefaciensIR-1和变异型腐败希瓦菌S.putrefaciens SR-21的电化学活性，并分别以这几种细菌为催化剂，乳酸盐为燃料组装微生物燃料电池。发现不用电子传递中间体而直接加入燃料后，几个电池的电势都有明显提高。其中S.putrefaciens IR-1的电势最大，可达0．5 V，当负载1kΩ的电阻时，它有最大电流，约为0．04 mA。位于细胞外膜的细胞色素具有良好的氧化还原性能，可在电子传递的过程中起到电子传递中间体的作用，且它本身就是细胞膜的一部分，不存在电子传递中间体对细胞膜的渗透问题，从而可以设计出无电子传递中间体的高性能微生物燃料电池。进一步研究发现，电池性能与细菌浓度及电极表面积有关。当使用高浓度的细菌(干细胞0．47g/L)和大表面积的电极时，会产生相对高的电量(12h产生3C)。
电子传递中间体的功能依赖于电极反应的动力学参数，其中最主要的是电子传递中间体的氧化还原速率常数(而它又主要与电子传递中间体所接触的电极材料有关）。为了提高其氧化还原反应的速率，可以将两种电子传递中间体适当混合使用，以期达到更佳效果。例如对从阳极液Escherichia coli(氧化葡萄糖)至阳极之间的电子传递，当以硫堇Fe(III)EDTA混合用作电子传递中间体时，其效果明显比单独使用其中任何一种要好得多。尽管两种电子传递中间体都能够被Escherichia coli还原，且硫堇还原的速率大约是Fe(III)EDTA的100倍，但还原态硫堇的电化学氧化却比Fe(II)EDTA的氧化慢得多。所以，在含有Escherichia coli的电池操作系统中，利用硫堇氧化葡萄糖(接受电子)，而还原态的硫堇又被Fe(III)EDTA迅速氧化。最后，还原态的整合物Fe(II)EDTA通过Fe(III)EDTA／Fe(II)EDTA电极反应将电子传递给阳极[11]。类似的还有用Bacillus氧化葡萄糖，以甲基紫精(Methyl Viologen，MV )和2一羟基一1，4萘琨(2一Hydroxyl一1，4-naphthoquinone)或Fe(III)EDTA作电子传递中间体的微生物燃料电池。
3.3Rhodoferaxferrireducens燃料电池
马萨诸塞州大学的研究人员发现一种微生物能够使糖类发生代谢，将其转化为电能，且转化效率高达83％[15]。这是一种氧化铁还原微生物R．ferrireducens，它无需催化剂就可将电子直接转移到电极上，产生电能最高达9．61x10~ kW／mz。比其他直接或间接微生物燃料电池，R．ferrireducens电池最重要的优势就是它将糖类物质转化为电能．目前大部分微生物电池的底物为简单的有机酸，需依靠发酵性微生物先将糖类或复杂有机物转化为其所需小分子有机酸才能利用，而R.ferrireducens可以几乎完全氧化葡萄糖，大大推动了微生物燃料电池的实际应用进程。进一步研究表明，这种电池作为蓄电池具有很多优点：(1)放电后充电可恢复至原来水平；(2)充放电循环中几乎无能量损失；(3)充电迅速；f4)电池性能长时间稳定。
微生物细胞在多种营养底物存在下可以更好地繁殖、生长。研究结果证明，通过几种营养物质的混合使用能够提供更高的电流输出，故Kim等[12]提出，改变碳的来源以使微生物产生不同的代谢有可能使微生物燃料电池达到更大的功率。
3.直接微生物燃料电池
电子传递中间体大多有毒且易分解，这在很大程度上阻碍了微生物燃料电池的商业化进程。近年来，人们陆续发现几种特殊的细菌，这类细菌可以在无电子传递中间体存在的条件下直接将电子传递给电极，在闭合回路下产生电流。另外，从废水或海底沉积物中富集的微生物群落也可用于构建直接微生物燃料电池。
利用微生物的作用进行能量转换(如碳水化合物的代谢或光合作用等)，把呼吸作用产生的电子传递到电极上，这样的装置叫微生物燃料电池。用微生物作生物催化剂，可以在常温常压下进行能量转换。[1]
纵观微生物燃料电池的发展历史，经历了几种形式的变革[2]。早期的微生物燃料电池是将微生物发酵的产物作为电池的燃料，如从家畜粪便中提取甲烷气体作为燃料发电。20世纪60年代末以来，人们将微生物发酵和制电过程合为一体。20世纪80年代后，由于电子传递中间体的广泛应用，微生物燃料电池的输出功率有了较大提高，使其作为小功率电源而使用的可行性增大，并因此推动了它的研究和开发。2002年后，随着直接将电子传递给固体电子受体的菌种的发现，人们发明了无需使用电子传递中间体的微生物电池，其中所使用的菌种可以将电子直接传递给电极。由于微生物燃料电池能够长时间提供稳定电能，所以它在诸如深海底部和敌方境内的军事装备这些“特殊区域”具有潜在用途．近年来，微生物燃料电池的研究受到了广泛关注。
3.2Geobacteraceae sulferreducens燃料电池
已知Geobacteraceae属的细菌可以将电子传递给诸如Fe(III)氧化物的固体电子受体而维持生长。将石墨电极或铂电极插入厌氧海水沉积物中，与之相连的电极插入溶解有氧气的水中，就有持续的电流产生。对紧密吸附在电极上的微生物群落进行分析后得出结论，Geobacteraceae属的细菌在电极上高度富集。由此可知，上述电池反应中电极作为Geobacteraceae属细菌的最终电子受体．Bond等[14]发现，G．suZferreducens可以只用电极作电子受体而完全氧化电子供体，在无电子传递中间体的情况下，它可以定量转移电子给电极。这种电子传递归功于吸附在电极上的大量细胞，电子传递速率[0．2l～1．2umol/(mg．rain)，电子/蛋白质]与柠檬酸铁作电子受体时E0=+0．37v)的速率相似，电流产出为65mA/m2，比Shewanella putrefaciens电池的电流产出(8mA/m2)高很多。