生物燃料电池研究现状及进展

刘霄翊

（北京市第二十四中学 北京 100000）

1 引言

人口的增长和资源的紧缺，成为了一对不可避免的矛盾。因此，清洁能源的开发和利用成为了一个紧要问题。生物燃料电池以微生物作为生产过程中的一种材料，然后将电池的化学能转化为电能。生物燃料电池在日常生活中很常见，因而原料充足，且生物燃料电池拥有很高的能量转化率，对环境的破坏很小，可以应用到各行各业之中。

2 生物燃料电池概述

2.1 生物燃料电池原理

在研究生物燃料电池发展之前我们需要先了解生物电池工作的基本原理。生物电池指的是将生活中一些生物质能转化为电能的装置，而之所以生物质能能够转化为电能是因为在生物体内存在一些能量转换如氧化还原反应，这些化学反应就可以产生人们所需要的电能。

2.2 我国生物燃料电池发展历程

我国现在生物燃料主要来源是玉米和甘蔗，因为这些植物在我国都属于高产量植物，且具有大量的糖分，是非常合适的生物燃料。现在流行的微生物燃料电池，首先要求微生物必须是厌氧性的；其次，因为微生物想要作为生物燃料必须要有介质，现在人工合成的介质主要有吩嗪、吩噻嗪、靛酚等，另外在微生物中还有一些可以合成介体，如Pseudomonas aeruginosastrainKRP1能够合成绿脓菌素和吩嗪-1-甲酰胺等物质，它合成的介体不光自己可以使用，其它的微生物也可以利用它产生的介体传递电子。

在很多年前就有科学家对菠菜叶叶绿体进行分解，并将分解出来的蛋白质转化到导电设备中进行电池的制作。然而这种导电设备的使用寿命仅有21天，且光能转化为电能的效率较低。虽然当时的研究结果不尽人意，但这项研究吸引了很多人的兴趣。随着研究的不断发展和创新，电能的转化率不断提高，生物燃料电池的能量转换率将有可能超过太阳能硅电池。此外，科学家们也一直在积极探索这种电池在不同环境状况下的变化及适应情况。可以预料，生物燃料电池将会在很多领域和行业得到广泛的应用。经过多年发展，我国生物燃料电池当前发展非常迅速。有数据表明，中国已成为燃料电池潜在消费市场的最大国家，并且，现在我国已拥有世界上与燃料电池相关的专利中的25%以上。

2.3 生物燃料电池现代应用

2.3.1 生物燃料电池所需要的材料能够直接在生物体内取得，比如：可以直接从生物体内提取获得电能所需要的氧和燃料。可以将所获得的电能应用于医学领域之中，如可以为移植装置提供一些必需的能量。况且，生物原料存在于人们的日常生活之中，并不是一种很稀有的东西，因此，能够充足地提供生物燃料电池中所需要的能源。

2.3.2 有句话说：变废为宝，是对资源的最大节约。污水在生活或者工业领域随处可见，但是不为大部分人所知的是，在污水中存在许多微生物，如普通变形杆菌属，埃希氏杆菌属coli，Atcaligenes eutrophus，定氮菌类chroococum，或芽胞杆菌属subtilis这些菌类在加以催化剂催化的情况下都可以产生充足的生物电能。这样一来既能够获得人们所需要的能源，而且能够对污水中的有机化合物进行提取，起到净化污水的作用。不仅能够减少污水对环境的污染，也能够将污水变废为宝，使之成为一种可以利用的清洁能源。

3 生物燃料电池的特点及其研究方向

3.1 生物燃料电池的特点

生物燃料电池的特点主要包括：（1）能量转化效率高。转化率及其利用率高达50%，加上电池生产过程中余热的利用，总利用率可达到90%。（2）对环境的污染小，几乎可以达到零排放。（3）在电池制作过程中，对机械运动部件的要求较低，因而对环境的噪音污染较小。（4）构造比较简单，易于保养维护。模块化结构，便于组装和维护，且磨损较少。（5）所需材料的来源范围较广，制备方式多种多样。即通过石油、甲醇、生物体内的能量等产生氢气，或通过电解水、生物制氢等方法获取燃料能源。（6）燃料的补充便捷。可以采用甲醇作为液体燃料的补充和供给，且可以利用现有的加油站来进行供给。（7）环境的变化对生物燃料电池的影响不大，即电池的适应能力较强。因为生物燃料电池具有功率密度高、承载能力强、可不依赖空气而存在的特点，因此可以有多种应用方式，对多种气候环境的适应性较强。

3.2 生物燃料电池研究的新进展

近年来，海水淡化问题得到广泛关注。但目前海水淡化技术还不太完善，不仅需要高压，还需要消耗非常多的电能，因此有学者改进了一种微生物燃料电池可以帮助海水淡化，并且同时还可以产生一定量的电能，这一科技目前被人们称为MDC，即淡化盐水微生物脱盐池。此外还有微生物电解池技术，原理是利用废弃生物质、高浓度有机废水来产生氢和废物的处理。

3.3 生物燃料电池的研究方向

生物燃料电池的原料来源范围非常广泛，操作也很便利，并且对环境的污染也很小，是一种新型优质可再生的清洁能源。由于生物燃料电池这种清洁能源仍处于探索阶段，所以生物燃料电池还存在着电池能量不够稳定，电能转化率低等问题，但是随着科技水平的提高，生物燃料电池将会被不断的改善，并将在今后的电网中提供更多的电能，发挥至关重要的作用。同时还需要加强稳固材料、生物催化率以及电子转移等相关研究，配合生物燃料电池的研究探索和开发利用。

4 结语

生物燃料电池的出现和发展，将会给能源结构带来深刻的变革，会涉及汽车行业、工业，以及社会生活各方面的供电系统。生物燃料电池的应用，可以作为各个行业的动力基础，又可以减轻温室效应来缓解全球气候变暖的问题，是一种优质的清洁能源。要利用科技的力量，促进生物燃料电池能源的应用进程，缓解能源紧张问题。

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