“能源草-微生物”燃料电池系统产电性能研究

随着社会主义新农村建设的加快，农电的需求量越来越大，新型补充能源的开发对新农村的建设具有重要的意义。本项目选择能源草作为燃料生产者，产电微生物作为消费者，构成一个基于植物的土壤微生物燃料电池，主要研究：①能源草根源化合物的组成及其土壤微生物群落特征；②"能源草-微生物"燃料电池系统的产电参数优化，确定电池系统的动力学因子；③"能源草-微生物"燃料电池系统对能源草及微生物的生态学研究；④确定电子在该系统中的传递途径。创新点：通过能源草的光合作用产生并释放到植物根部的有机质为燃料，实现电池燃料的绿色供给；通过能源草和产电微生物的合作，实现气电联产的能源利用，提高能源回收率。通过本项目研究将为"能源草-微生物"产电系统的进一步开发提供重要的理论科学依据。

通过3年的项目攻关，已经完成合同规定的任务，达到合同预定目标，且主要技术和经济指标均符合合同要求。结果显示土壤中真菌和放线菌数量较高，可分别达到3.65×107 个/g干土和3.85×107 个/g干土；细菌数量相对较少，为1.1×107 个/g干土。土壤的生物量碳为87.15 mg/kg。对电池系统进行了优化，研究水生植物的产电性能，其中香蒲-微生物燃料电池体系在内阻为200Ω时获得最高的功率密度138 mW/m2。芦苇-微生物燃料电池系统在阳极位于距离底部2英寸时获得最高电池电压为767mV，运行58d的平均电池电压为302mV，以溶氧为电子受体时产电性能较好，并可避免化学电子受体对植物的毒害作用。产电途径主要是阳极上的微生物利用电极周边的有机质为燃料，于此同时产生的电子通过外电路达到阴极，质子以土壤中的水为介体传递到阴极，阴极上的微生物将电子和质子利用，从而实现电路的畅通，完成电子传递，简言之电子传递主要是通过阴阳电极上的微生物实现。项目执行期间共发表论文发15篇，其中SCI/EI收录8篇，核心和会议论文7篇。授权专利3项，其中2项发明专利，1项实用新型。