微生物燃料電池有發(fā)電與廢水處理的雙重功效，它的研制代表了當(dāng)今最前沿的廢棄物資源化利用的發(fā)展趨勢，有望成為有機(jī)廢棄物能源化處置的關(guān)鍵性技術(shù)，為未來的污染處理與能源需求提供了一個可行的突破口，展現(xiàn)了新能源開發(fā)和利用的廣闊前景MFC是一種利用微生物作為催化劑，將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的生物反應(yīng)器。

1911年英國植物學(xué)家Pottery用酵母和大腸桿菌進(jìn)行。采用的微生物燃料電池，裝置部分為  ，兩室體積均為500mL，中間以6cmx10cm的陽離子交換膜（CEM）分隔陰陽極電極均為0.5cmx5cmx7cm（厚度x寬度x長度）的粗糙石墨棒。電極分別放入1mol/LHC1與1mol/LNaOH溶液中浸泡1h，洗凈后置于去離子水中待用石墨電極使用銅導(dǎo)線纏繞了20圈引出，鉆孔周圍用充滿了一種不導(dǎo)電環(huán)氧樹脂密封以避免腐蝕，兩電極間距大約為12cm.本文采用傳統(tǒng)p-n型硅太陽能電池，使用模擬日光光源（風(fēng)冷Xe燈），整個MFC體系在無光照情況下相當(dāng)于斷路。硅太陽能電池與光源之間的距離為100cm太陽能電池表面輻照強(qiáng)度為79mW/cm2，光照硅太陽能電池和MFC體系協(xié)同作用的新型的MFC體系裝置中陽極微生物由厭氧活性污泥提供，培養(yǎng)回路電流/mA粉組成，陽極初始pH值為7.3（±0.2）。培養(yǎng)基用無菌氮?dú)馔?0min除去溶液中的氧，密封保持厭氧狀態(tài)。陰極室使用1mol/LKCl的電解質(zhì)溶液，同時用氣管往陰極室通入空氣，保證MFC陰極室KCl電解質(zhì)溶液中的2含量，使得陰極的還原反應(yīng)能夠正常進(jìn)行。所有。

太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系的極化曲線（-U）與輸出功率密度曲線（-P）3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系中，開路電壓―1004.51mV，短路電流I=0.72mA，擬合得到新的體系內(nèi)阻為只一1280n，此內(nèi)阻包含限流電阻（1000n）。最大輸出功率密度為Pax―275mW/m3，此時外負(fù)載阻值與電池體系的內(nèi)阻大小相仿，與理論較為一致。

對照實(shí)驗(yàn)曲線，光照硅太陽能電池MFC體系內(nèi)阻（1280⑴大于普通MFC體系內(nèi)阻（251⑶。由于光照硅太陽能電池MFC內(nèi)阻包括限流電阻ia因此，在光照條件下，硅太陽能電池的引入并沒有給MFC體系帶來較大的額外內(nèi)阻。

太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系與普通MFC體系表明硅太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系輸出功率密度（275mW/m3）明顯高于普通MFC體系的輸出功率密度（140mW/m3），回路電流從普通MFC體系的0.61mA提高到0.72mA，而回路電流大小與陰陽極反應(yīng)速率成正比，所以使用本文設(shè)計(jì)的新的MFC體系降解污染物，降解速率將大幅度的提高。通過實(shí)驗(yàn)，我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，普通MFC在達(dá)到最大輸出功率點(diǎn)以后迅速下降，表明微生物己經(jīng)無法正常提供更多的電子。這表明，構(gòu)造新型MFC體系十分必要，也非常迫切。另外，由于本文中新型MFC體系使用了限流電阻，所以外負(fù)載的輸出功率在輸出電流相對較小的情況達(dá)到最大值，而下一步我們也將研究更合適的太陽能電池與微生物燃料的協(xié)同工作特性，以達(dá)到在更高輸出電流密度下有最大輸出功率的目的。

單獨(dú)MFC體系輸出功率密度回路電流/mA太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系與普通MFC體系功率曲線對照太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系的光催化工作機(jī)理原理圖同時，本文對太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系的光催化工作機(jī)理進(jìn)行了分析。在陽極室，微生物氧化初始電子供體乙酸獲取能量，同時產(chǎn)生電子，電子經(jīng)微生物傳遞到陽極，再經(jīng)由陽極電極傳遞至外電路并到達(dá)太陽能電池正極。在光照條件下，太陽能電池產(chǎn)生光生電子空穴對，在有向電場的拉動下，光生電子通過導(dǎo)線向陰極室電解質(zhì)溶液移動，并與電子受體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，而光生空穴向太陽能電池正極移動，與陽極來的電子復(fù)合。因此表明光催化作用的引入改善了MFC體系陰極的接受電子能力，使得陽極提供電子的能力得到最大限度的發(fā)揮。因而，太陽能電池促進(jìn)了微生物燃料電池體系效率的提高，實(shí)現(xiàn)了與MFC的協(xié)同作用。

太陽能電池協(xié)同MFC體系利用了光能以及微生物能兩種清潔能源，相對于單獨(dú)MFC體系有更高的效率，因而具有更加重要的研發(fā)價值。

4結(jié)論針對目前微生物燃料電池（MFC）研究方面的一些瓶頸，本論文主要對一種利用半導(dǎo)體光催化和微生物催化協(xié)同作用的新型MFC體系性能進(jìn)行了研究，即在MFC外電路中接入硅太陽能電池，構(gòu)成“光電池-微生物燃料電池”體系，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體光催化與微生物催化的協(xié)同作用。實(shí)驗(yàn)中，我們獲得了太陽能電池與MFC協(xié)同作用體系中諸如開路電壓、短路電流、最大輸出功率密度等方面的可靠數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并確定這種新型MFC體系的性能相對于單獨(dú)MFC有顯著的提高，這也為MFC體系提高污染物的降解速率提供了基礎(chǔ)。太陽能電池的引入，給MFC體系的運(yùn)轉(zhuǎn)提供了一部分動力，使得兩種清潔能源發(fā)揮協(xié)同作用，融為一體，對解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染具有重要意義。