3 电池性能的制约因素[6～7] 

　　迄今为止，

MFCs 的性能远低于理想状态。制约 MFC 性能的因素包括动力学因素、内阻

因素和传递因素等。

 

　　动力学制约的主要表现为活化电势较高，致使在阳极或者阴极上的表面反应速率较低
难以获得较高的输出功率

[8]。内电阻具有提高电池的输出功率的作用，主要取决于电极间

电解液的阻力和质子交换膜的阻力。缩短电极间距、增加离子浓度均可降低内阻。不用质子交
换膜也可以大大降低

MFC 的内阻，这时得到的最大功率密度为有质子交换膜的 5 倍，但必

须注意氧气扩散的问题

[9]。另一个重要制约因素为电子传递过程中的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。最终电子受体采用铁氰酸盐或阴极介体
使用铁氰化物均可以获得更大的输出功率和电流。

 

　　另外，微生物对底物的亲和力、微生物的最大生长率、生物量负荷、反应器搅拌情况、操
作温度和酸碱度均对微生物燃料电池内的物质传递有影响

[10]。 

　　

4 微生物燃料电池的应用 

　　（

1）废水处理与环境污染治理。 

　　微生物燃料电池可以同步废水处理和产电，是一种废水资源化技术。把

MFC 用于废水

处理是其最有前景的一个应用方向，也是当前微生物燃料电池的研究热点之一。同时，在生
物脱氮、脱硫、重金属污染的生物治理等方面

MFCs 也具有不可忽视的作用。 

　　（

2）海水淡化。 

　　普通的海水淡化处理技术条件苛刻，需要高压、高效能的转化膜，有的还要消耗大量的
电能，故不能大规模的处理，并且成本较高，难以有效地解决海水淡化问题。如果找到一种
高效的产电微生物和特殊的

PEM 交换膜，那么 MFC，就可以达到海水淡化的目的，而且

具有能耗低，环保和可持续的优点。利用

MFC 淡化海水也将成为具有发展潜力的研究方向

[11]。 
　　（

3）便携式电源。 

　　微生物燃料电池能够利用环境中自然产生的燃料和氧化剂变为电能，用于替代常规能
源。可以为水下无人驾驶运输工具、环境监测设备的长期自主操作提供电源。

 

　　（

4）植物 MFCs。 

　　通过光合作用，植根在阳极室的绿色植物将二氧化碳转换为碳水化合物，在根部形成
根瘤沉积物；植物根系中的根瘤沉积物被具有电化学活性的微生物转化为二氧化碳，同时
产生电子。这种植物

MFCs 能够原位将太阳能直接转换为电能[12]。 

　　（

5）人造器官的动力源[13]。 

　　微生物燃料电池可以利用人体内的葡萄糖和氧气产生能量。作为人造器官的动力源，需
要长期稳定的能量供给，而人体内源源不断的葡萄糖摄入恰好可以满足

MFC 作为这种动力

源的燃料需要。

 　　

    5 微生物燃料电池技术研究展望 
　　

MFCs 技术正在不断成长并且已经在许多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，

该技术还没有实现真正的大规模实际应用。基于其产电性能的制约因素，今后的研究方向主
要可归纳为以下几点。

 

　　（

1）深入研究并完善 MFCs 的产电理论。MFCs 产电理论研究处于起步阶段，电池输

出功率较低，严重制约了

MFCs 的实际应用。MFCs 中产电微生物的生长代谢过程，产电呼

吸代谢过程以及利用阳极作为电子受体的本质是今后的研究重点

[14]。 

　　（

2）筛选与培育高活性微生物。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。今后的研究应致力于发现和选择这种高活性微生。