微生物燃料電池介紹：微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一種利用微生物將有機物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是：在陽極室厭氧環(huán)境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞到陰極，氧化劑（一般為氧氣）在陰極得到電子被還原與質(zhì)子結(jié)合成水。

典型的微生物燃料電池的組成圖

一、測量燃料生物電池（MFCs）電解質(zhì)中的溶氧、氫氣、pH、氧化還原電位等以及陰極生物膜內(nèi)的pH、氧化還原電位等參數(shù)。微電極系統(tǒng)在燃料生物電池領(lǐng)域的應(yīng)用主要有以下幾種測試方法

●測試燃料生物電池中陰極區(qū)域生物膜端的pH、氧化還原電位及的氧氣濃度

●測試燃料生物電池電解質(zhì)體系中生產(chǎn)的氧氣或氫氣濃度

●測試燃料生物電池內(nèi)聚合電解質(zhì)擴散層的氧的濃度梯度

●測試燃料微生物反應(yīng)電池體系中的氧化亞氮及一氧化氮的濃度

●應(yīng)用微電極測試燃料生物電池中生物膜獲得的相關(guān)電訊號來確定生物膜的厚度

論文1、微尺度測量聚合物電解質(zhì)燃料電池中擴散介質(zhì)厚度的氧濃度

微電極的應(yīng)用：研究中使用了尖端直徑為25微米氧氣微電極（unisense）原位的測試了燃料電池陰極區(qū)域中擴散層介質(zhì)中的氧氣的濃度，通過獲得的氧氣濃度的剖面圖分析獲得了擴散層介質(zhì)中氧氣的運輸情況，并相應(yīng)的計算出氧氣的傳輸系數(shù)。

氧微電極測試穿刺進入堿性聚合物電解質(zhì)內(nèi)燃料電池的陰極測試

氧微電極測試聚合物燃料電池中電解質(zhì)擴散層在不同條件下的氧的濃度百分比

論文2、沉積物微生物燃料電池中植物根系對陽極電位、發(fā)電量和細(xì)菌群落的影響:陽極位置的影響

微電極的應(yīng)用介紹：采用氧氣微電極傳感器（unisense微電極分析系統(tǒng)）測定了PSMFCs體系砂中氧的濃度分布剖面。研究發(fā)現(xiàn)植物根系可以釋放氧氣，在沙中氧氣梯度的驅(qū)動下向上和向下輸送，形成根際微氧環(huán)境。對植物沉積物微生物燃料電池（DPSMFCs、M-PSMFCs,S-PSMFCs）的微剖面進行分析，從水沙界面處到沙土下-3.5cm或4.0cm處，氧的濃度明顯降低到接近于零，而沙土表面更深處（-5.0cm—7.0cm）能觀察到明顯的氧損失帶，距離沙土表面5cm處對應(yīng)的氧的最大濃度為10.8umol/L。這些研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)將陽極置于根的下方，并保持適當(dāng)?shù)木嚯x，使PSMFCs能夠利用根源有機物，可以很好的避免氧損失的負(fù)面影響。此研究表明一定的氧損傷可以控制植物沉積物微生物燃料電池(PSMFC)發(fā)電的晝夜節(jié)律。

陽極位置在不同位置的植物沉積物微生物燃料電池（PSMFC）體系的原理圖

氧氣微電極測試不同類型的植物沉積物燃料生物電池體系對應(yīng)不同植物根系處的氧濃度剖面

論文3、對陰極和局部生物膜微環(huán)境的原位研究揭示了氫氧根離子和氧在微生物燃料電池中的轉(zhuǎn)運作用

微電極的應(yīng)用：應(yīng)用尖端直接為50微米的pH微電極(unisense)測試微生物燃料電池陰極生物膜上pH變化情況，同時應(yīng)用了尖端直接為50微米的氧微電極測試了微生物燃料電池中陰極區(qū)域生物膜內(nèi)的氧氣濃度分布情況。

應(yīng)用微電極測試微生物燃料電池中陰極生物膜中的氧氣以及體系中的pH的變化情況

論文4、單室微生物燃料電池體系中陰極生物膜的氧屏障及催化效果

微電極的應(yīng)用：應(yīng)用微電極測試燃料生物電池中的生物膜厚度上的溶解氧分布情況，探討溶解氧在生物膜中的阻隔作用，使用微電極可以更好地了解燃料生物電池的相關(guān)性能。

微電極測試AC-MFC（空氣陰極微生物燃料電池）間歇循環(huán)中生物膜內(nèi)的溶氧濃度，研究生物膜的存在對電壓(細(xì)線)和陽極附近的溶氧(粗線)的影響

AC-MFC（空氣陰極微生物燃料電池）中離陰極區(qū)域不同距離處的原液中氧氣濃度（其中□表示的是陰極不含有生物膜帶，●表示陰極區(qū)域不含有帶醋酸鹽）

微電極測試燃料生物電池內(nèi)的陰極生物膜的溶解氧的梯度分布

論文5、導(dǎo)電生物膜陽極中氫的合成

微電極的具體使用方法介紹：從實驗和理論上研究了H2對混合培養(yǎng)生物膜陽極的影響，支持了以丁酸-正丁酯為主要電子給體的基于氫氣與導(dǎo)電生物膜共生存在的重要意義。使用unisense的氫氣微電極測試燃料生物電池中的陽極生物膜區(qū)域的溶解氫氣濃度，微電極可實現(xiàn)原位的測試燃料電池體系中溶解的氫氣濃度和生成的氫氣的量。

微電極測試燃料生物電池體系中的陽極生物膜區(qū)域的溶解的氫氣濃度原理示意圖

微電極測試燃料生物電池中體系中正丁酸發(fā)酵至醋酸生成的氫氣的濃度隨時間的變化情況

氫氣微電極測試陽極表面獲得的溶解氫濃度