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1、,微生物燃料电池,小组成员：,Microbial Fuel Cell,PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT素材下载： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载： PPT论坛：,目录,CONTENTS,PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT素材下载： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载： PPT论坛：,PARTONE,时代发展,4,能源
2、是人类赖以生存和发展的重要资源,然而，现有的能源利用方式存在效率不高，不可再生，环境污染严重等问题,而生物质燃料电池作为一种清洁能源，正逐渐成为催生新能源的生长点。,微生物燃料电池最初在1910年开始出现，但由于发电效率低下和当时多种其他发电方式的发现是得其研究一度陷入冷门，直至后来发现新技术大大提高其发电效率而重新被人们重视。,First,Second,Third,自21世纪以来，一方面由于对环境的重视而呼吁清洁能源，另一方面由于能源危机的巨大压力而加大寻找新能源的力度，微生物燃料电池开始成为热门研究对象和开发重点。,MFC的发展,5,1910 年，英国达拉谟大学的植物学家 Potter教授
3、利用大肠杆菌作为微生物催化剂在半电池的Pt电极上将酵母氧化，并获得电流输出。生物燃料电池研究由此开始，微生物燃料电池是利用微生物催化剂将化学能转变为电能的装置。,MFC的雏形,重要突破,研发高潮,20世纪80代，研究人员才发现可以通过向阳极额外投加电子中介体来加速电子从底物向电极表面的转移，进而提高电池的功率输出。英国化学家发现一种细菌电池，其发电效率可达 40，远高于现在使用的电池的效率而且还有10的潜力可挖。,经过十多年的快速发展，每年研究报道呈指数型增长，并在提高MFC的功率输出、降低内阻、优化MFC结构及降低成本等方面进行了大量的研究，使得功率密度增长了几个数量级，研究成果为其工业化应
4、用提供了强有力的支撑。,PARTTWO,基本概念,7,微生物燃料电池,微生物燃料电池是利用微生物作为催化剂，氧化分解生物质同时输出电能的一种新装置，因其可将生物质中化学能直接转化为电能，可获得更高的能量转化效率。,阳极材料,高性能的阳极作为MFC中重要的结构，不仅能为高活性菌株提供牢固的附着点、电化学催化高活性位点，而且还具备减小电子传递阻力、生物相容性良好等优点。现在常用石墨、纳米材料、石墨烯等作为阳极。,隔膜,隔膜用于分隔阴阳极室，过去常用玻璃纤维、盐桥、碳纸等作隔膜，后为了减小内阻而采用需求不同的质子膜。,阴极材料,MFC的阴极主要作用是接受电子受体，用以接受阳极氧化释放出来的电子。一般
5、而言，材料的电极电位越高越有利于接受电子，提高产电效率。目前常用的阴极材料是生物阴极、空气( 主要是 O2) 阴极和电解液阴极。,工作原理,8,微生物燃料电池是由阳极和阴极，以及一片离子交换膜所构成，微生物于阳极分解氧化燃料，并同时产生电子和质子，电子可经由外部电到达阴极，而质子则通过质子交换膜到阴极，在阴极会消耗电子和质子与氧结合产生水。如下图所示，这是以葡萄作为燃料，嗜甜微生物作为催化氧化还原反应的微生物，可简易说明微生物燃料电池的反应。,作用理论,9,化学电源角度,从化学电源的观点来看，最原始的MFC和氢燃料电池在构造和组成上十分相似，均由阳极、离子交换膜和阴极组成，阴极使用金属Pt作为
6、催化剂来降低阴极反应的过电位损失。唯一不同的是氢燃料电池的阳极使用的是高纯度氢气作为燃料，Pt金属作为催化剂；而MFC阳极使用的是液态有机化合物作为燃料，以生长在电极表面的厌氧微生物作为催化剂。,废水处理角度,MFC属于复合式处理系统，它既不同于污水好氧处理，又不同于厌氧处理。就阳极转移电子的微生物而言，MFC无疑属于厌氧处理技术，因为阳极中电极还原微生物必须在厌氧条件下才能生长，形成厌氧生物膜；但是阴极通常要通过曝气来提供电子受体，因此MFC也是一个好氧处理系统，只是这里的氧气不参与微生物的生理代谢，而是在阴极间接接受从阳极释放出来的电子和质子参与电化学还原。,总而言之，MFC 是一种完全新
7、型的废水生物处理技术，其基本原理是利用微生物用酶替代贵金属作为催化剂，直接将生物质能或有机质转化为电能的装置。,PARTThree,种类介绍,11,结构不同,电子转移形式不同,阴极反应不同,双室型MFC单式型MFC,间接型MFC直接型MFC,非生物阴极型生物阴极型,双室型MFC,12,双室型MFC较为常见，其装置有两个槽组成，分别为阳极槽和阴极槽。阳极槽保持厌氧,阴极槽保持有氧。阳极放在阳极槽中，产生电子；阴极放在阴极中，传递电子到末端电子受体氧气。极和阴极之间有外接电线连接,中间还串联一个电阻器或其他电子设备。如图1所示。,单室型MFC,13,单室MFC从电极形式上可分为 “二合一”型和“三
8、合一”型两种。“二合一”型指阴极和质子膜压合在一起，阳极相对独立，故对阳极上产电微生物的影响较小；“三合一”型是将阳极、质子膜和阴极依次压合在一起，使内阻大幅度降低。阳极和阴极距离小，氧气易透过质子膜传递到阳极。,01,03,这种结构缩短了阴阳极之间的距离，提高了传质速率，减小电阻，最有利的是无需曝气，大大降低了实际运行费用。,02,单室MFC省去了阴极室，物质在单室阳极处被微生物氧化，电子由阳极传递到外电路到达阴极，质子转移到阴极处经过质子交换膜(或质子交换膜不存在)到达阴极，阴极暴露在空气中，氧气作为直接的电子受体,直接型MFC,14,间接型MFC,15,PARTFour,发展优势,17,
9、01,能源清洁，且无污染,02,处理废水，废物利用,PARTFive,制约因素,19,输出功率低,微生物燃料电池受有机物氧化速率低、内阻偏大等影响，造成输出功率较低,严重制约了MFCs的实际应用。,微生物性能差,目前大多数微生物燃料电池所用微生物品种单一。要达到实际应用的目的,需要寻找自身可产生氧化还原介体的高活性微生物和具有膜结合电子传递化合物质的微生物（即能够使用广泛有机物作为电子供体的高活性微生物）。,PARTSix,应用实例,21,01,能源方面,应用实例,22,02,环境方面,应用实例,23,03,废水处理方面,PARTSeven,未来展望,25,01,02,03,04,THANKS,
