微生物燃料电池介绍：微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。


典型的微生物燃料电池的组成图


一、测量燃料生物电池（MFCs）电解质中的溶氧、氢气、pH、氧化还原电位等以及阴极生物膜内的pH、氧化还原电位等参数。微电极系统在燃料生物电池领域的应用主要有以下几种测试方法


●测试燃料生物电池中阴极区域生物膜端的pH、氧化还原电位及的氧气浓度


●测试燃料生物电池电解质体系中生产的氧气或氢气浓度


●测试燃料生物电池内聚合电解质扩散层的氧的浓度梯度


●测试燃料微生物反应电池体系中的氧化亚氮及一氧化氮的浓度


●应用微电极测试燃料生物电池中生物膜获得的相关电讯号来确定生物膜的厚度


论文1、微尺度测量聚合物电解质燃料电池中扩散介质厚度的氧浓度


微电极的应用：研究中使用了尖端直径为25微米氧气微电极（unisense）原位的测试了燃料电池阴极区域中扩散层介质中的氧气的浓度，通过获得的氧气浓度的剖面图分析获得了扩散层介质中氧气的运输情况，并相应的计算出氧气的传输系数。

氧微电极测试穿刺进入碱性聚合物电解质内燃料电池的阴极测试

氧微电极测试聚合物燃料电池中电解质扩散层在不同条件下的氧的浓度百分比


论文2、沉积物微生物燃料电池中植物根系对阳极电位、发电量和细菌群落的影响:阳极位置的影响


微电极的应用介绍：采用氧气微电极传感器（unisense微电极分析系统）测定了PSMFCs体系砂中氧的浓度分布剖面。研究发现植物根系可以释放氧气，在沙中氧气梯度的驱动下向上和向下输送，形成根际微氧环境。对植物沉积物微生物燃料电池（DPSMFCs、M-PSMFCs,S-PSMFCs）的微剖面进行分析，从水沙界面处到沙土下-3.5cm或4.0cm处，氧的浓度明显降低到接近于零，而沙土表面更深处（-5.0cm—7.0cm）能观察到明显的氧损失带，距离沙土表面5cm处对应的氧的最大浓度为10.8umol/L。这些研究数据表明，当将阳极置于根的下方，并保持适当的距离，使PSMFCs能够利用根源有机物，可以很好的避免氧损失的负面影响。此研究表明一定的氧损伤可以控制植物沉积物微生物燃料电池(PSMFC)发电的昼夜节律。

阳极位置在不同位置的植物沉积物微生物燃料电池（PSMFC）体系的原理图

氧气微电极测试不同类型的植物沉积物燃料生物电池体系对应不同植物根系处的氧浓度剖面


论文3、对阴极和局部生物膜微环境的原位研究揭示了氢氧根离子和氧在微生物燃料电池中的转运作用


微电极的应用：应用尖端直接为50微米的pH微电极(unisense)测试微生物燃料电池阴极生物膜上pH变化情况，同时应用了尖端直接为50微米的氧微电极测试了微生物燃料电池中阴极区域生物膜内的氧气浓度分布情况。

应用微电极测试微生物燃料电池中阴极生物膜中的氧气以及体系中的pH的变化情况


论文4、单室微生物燃料电池体系中阴极生物膜的氧屏障及催化效果


微电极的应用：应用微电极测试燃料生物电池中的生物膜厚度上的溶解氧分布情况，探讨溶解氧在生物膜中的阻隔作用，使用微电极可以更好地了解燃料生物电池的相关性能。

微电极测试AC-MFC（空气阴极微生物燃料电池）间歇循环中生物膜内的溶氧浓度，研究生物膜的存在对电压(细线)和阳极附近的溶氧(粗线)的影响

AC-MFC（空气阴极微生物燃料电池）中离阴极区域不同距离处的原液中氧气浓度（其中□表示的是阴极不含有生物膜带，●表示阴极区域不含有带醋酸盐）

微电极测试燃料生物电池内的阴极生物膜的溶解氧的梯度分布


论文5、导电生物膜阳极中氢的合成


微电极的具体使用方法介绍：从实验和理论上研究了H2对混合培养生物膜阳极的影响，支持了以丁酸-正丁酯为主要电子给体的基于氢气与导电生物膜共生存在的重要意义。使用unisense的氢气微电极测试燃料生物电池中的阳极生物膜区域的溶解氢气浓度，微电极可实现原位的测试燃料电池体系中溶解的氢气浓度和生成的氢气的量。

微电极测试燃料生物电池体系中的阳极生物膜区域的溶解的氢气浓度原理示意图

微电极测试燃料生物电池中体系中正丁酸发酵至醋酸生成的氢气的浓度随时间的变化情况

氢气微电极测试阳极表面获得的溶解氢浓度