生物电池可行性研究报告.doc

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1、生物电池 可行性报告负责人： 组员： 指导老师： 二八年目录1、 生物电池背景简介.32、 生物电池的原理可行性研究.43、 生物电池扩大生产的技术可行性研究.84、 生物电池应用方面的研究.135、 生物电池的推广方案.166、 生物电池开发利用总效益的研究.197、 结论.22生物电池背景简介煤炭、石油、天然气，是当前人类生活中的主要能源。随着人类社会的发展和生活水平的提高，需要消耗的能量日益增多。可是这些大自然恩赐的能源物质是通过千万年的地壳变化而逐渐积累起来的，数量虽大，但毕竟有限。因此，人们终将面临能源危机的一天。当然，人们可以从许多方面获取能源。例如太阳能就是一个巨大的能源。此外像

2、地热、水力、原子核裂变都可以放出大量的热能。在这方面，微生物也不甘落后。试验研究表明，利用微生物发电，向人们展示出美好的前景。电池有很多种类，燃料电池是这个家族中的后起之秀。一般电池是由正极、负极、电解质三部分构成，燃料电池也是这样：让燃料在负极的一头发生化学反应，失去电子；让氧化剂在正极的一头发生反应，得到从负极经过导线跑过来的电子。同普通电池一样，这时候导线里就有电流通过。燃料电池可以用氢、联氨、甲醇、甲醛、甲烷、乙烷等作燃料，以氧气、空气、双氧水等为氧化剂。现在我们可以利用微生物的生命活动产生的所谓“电极活性物质”作为电池燃料，然后通过类似于燃料电池的办法，把化学能转换成电能，成为微生物

3、电池。从目前情况看，作为微生物电池的电极活性物质，主要是氢、甲酸、氨等等。例如，人们已经发现不少能够产氢的细菌，其中属于化能异养菌的有30多种，它们能够发酵糖类、醇类、有机酸等有机物，吸收其中的化学能来满足自身生命活动的需要，同时把另一部分的能量以氢气的形式释放出来。有了这种氢作燃料，就可以制造出氢氧型的微生物电池来。微生物燃料电池这一概念并不是最近才出现的，早在1976年就有人将微生物作为燃料电池中的催化剂；20世纪80年代越来越多的人开始研究微生物在燃料电池中起到的催化剂作用；1991年开始出现使用微生物燃料电池处理生活污水的范例，然而，直到最近几年里，用MFC处理生活污水得到的电池功率才

4、有所增强。MFC发电量和电池功率的增大，使将其应用到实际生产生活中成为可能，同时也使得越来越多的科研人员开始从事MFC及其相关研究。 生物电池的原理可行性研究1、微生物燃料电池的概述典型的微生物燃料电池（MFC）由阴极区和阳极区组成，两区域之间由质子交换膜分隔。MFC的工作原理（图1）是：在阳极表面，水溶液或污泥中的有机物，如葡萄糖、醋酸、多糖和其他可降解的有机物等在阳极微生物的作用下，产生二氧化碳、质子和电子。电子通过中间体或细胞膜传递给电极，然后进一步通过外电路到达阴极，质子通过溶液迁移到阴极，然后在阴极上与氧气发生反应产生水，这样就使得整个反应过程达到物质的平衡与电荷的平衡，而外部用电器

5、也就获得了燃料电池所提供的电能。 2、 微生物燃料电池的电子传递机理 在微生物将电子传递到电池阳极的过程中，电子传递主要有三种方法： （1）使用外来的介体，例如钾、含Fe3+化合物、氰化物、硫堇、中性红等； （2）使用微生物产生的介体； （3）靠呼吸酶作用直接转移电子到电极。 所以，有介体的MFC中微生物传输电子可以使用外来的介体，也可以使用微生物产生的介体；而无介体的MFC则是依靠微生物自身的呼吸酶作用将电子直接转移到电极上。 3. 微生物燃料电池的组成 典型的微生物燃料电池是由阳极、阴极和质子交换膜三个部分组成的。 3.1 阳极 在微生物燃料电池的阳极区，微生物代谢有机物产生的电子从细胞内

6、蛋白质的电化学活性中心转移到电极表面，但是这种转移一方面受到与活性中心相连得肽链的干扰，另一方面，由于大多数细胞的细胞壁和其他表面结构不能导电，因此即使细胞内的蛋白质是电化学活性的，但整个细胞仍然是无活性的，使电子转移仍然难以进行。因此，关于MFC阳极的研究也正是从改进电子转移效率的角度来开展的。而改进电子转移效率需要从两方面来考虑：一是提高阳极材料的表面积，使更多微生物附着在材料表面；二是使微生物内的电子能够转移到阴极。 德国的Juliane Niessen等以淀粉溶液为原料制成微生物燃料电池，他们采用含载铂催化剂的阳极，且包含多聚四氟乙烯覆盖在阳极表面，以Clostridium butyr

7、icum和Clostridium beijerinckii作为生物催化剂，实验考察了MFC采用许多不同基质（包括淀粉、葡萄糖和糖蜜）时产生电流的情况，将实验结果作比较发现，MFC在以淀粉为基质时测量的电流密度是1.3mA/cm2，而以葡萄糖和糖蜜为原料的MFC中电流密度是在11.3 mA/cm2的范围内，比以淀粉为基质时的电流密度小。Juliane Niessen等人提出的观点是：MFC采用的基质的单位面积（或体积）内生物数量的多少是这种细菌燃料电池电量输出的关键所在。 目前用于阳极区的微生物既有分离出的单一菌种，如Shewanella putrefaciens 及其变异体Desulfovib

8、rio desulfuricans, Proteous vulgaris, Escherichia coil, Pseudomonas species等，也有混合菌群。单一菌株中有些有电化学活性，有些没有。对于没有电化学活性的菌株，则需要中间体。 3.2 阴极 在微生物燃料电池的阴极区，作为氧化剂的氧气有两种存在形态，一是直接以气相（空气）存在；二是以溶氧的形式存在于磷酸盐缓冲溶液（或加入含铁氰化物等催化剂的缓冲溶液）中。阴极材料多使用石墨、改性石墨材料、碳布或改性碳布。通常改性电极的原理主要是在材料中加入能够加强氧气吸附和还原的催化剂，如Pb、Fe3+、Mn4+等。此外，生物燃料电池的阴极多

9、采用酶和中间体改性，如Frederic Barriere等用作中间体的氧化还原聚合物，有实验将其与氧化还原酶一起修饰载铂碳电极，组成以葡萄糖为燃料的无膜生物燃料电池，并对氧在漆酶作用下的还原电势进行了测定，组成的燃料电池能够产生电流。 英国的Robin M. Allen 和H. Peter Bennetto 从1993年开始研究MFC，他们制作的MFC是在电池阴极加入铁氰化物溶液，实验采用醣类物质作为原料产生电流，全程都采用电脑控制MFC系统的醣类加料，并且将氧化还原媒介以及细菌都固定在石墨电极的表面，实验显示产生了持续的电流，由于电脑系统控制醣类加料比人工加料更加合理稳定，使得产生的电流电压

10、也很稳定，在8个小时的反应时间中，微生物燃料电池的电流量最高达到0.5mA，当额外加入HNQ（一种氧化还原酶）时，电池的开路电压最高达到0.7V左右。 3.3 质子交换膜 微生物燃料电池中的质子交换膜具有支撑、集流、分割氧化剂与还原剂的作用，并且引导氧化剂和还原剂在电池内电极表面的流动。燃料电池最早使用的质子交换膜是在20世纪60年代初由美国通用电器公司的Grubb和Niedrach研制的。最初尝试的膜是聚苯甲醛磺酸（PSSA），其在60下的使用寿命为200h。20世纪60年代，DuPont开发了全氟型磺酸膜（PFSA），即后来的Nafion系列产品。此后，这种膜一直被广泛地应用于质子交换膜燃

11、料电池的开发和应用。目前许多MFC研究实验都是采用Nafion膜，Nafion膜的原材料是Nafion树脂，它具有较高的质子电导率和较好的化学稳定性，在燃料电池中的使用寿命超过57000h。然而，Nafion膜对铵盐的生物结垢非常敏感，电导率和离子传输能力都会受到较大的影响。也有部分燃料电池的实验采用Ultrex离子交换膜，实验显示尽管这种膜的使用明显降低了MFC的内在电阻，但是却没有数据证明该MFC系统的稳定性。 在选用质子交换膜时，一般的要求是：1、电导率高（高选择性地离子导电而非电子导电）；2、化学稳定性好（耐酸碱和抗氧化还原的能力）；3、热稳定性好；4、良好的力学性能（如强度和柔韧性）

12、；5、反应气体的透气率低；6、水的电渗拽引系数（electro-osmostic drag）小；7 、作为反应介质要有利于电极反应；8 、价格低廉。 3.4微生物燃料电池的性能影响参数 3.4.1基质转化率 微生物燃料电池的基质转化率与细菌细胞的数量有关，可以说MFC的基质转化率取决于每天每单位面积或体积内生物数量的基质克数。 研究人员为加强MFC中的电子传递效率作了很多方面的尝试，其中，英国的Gerard M. Delaney 等研究了MFC的电子传递结合微生物( 有机体-中间体-基质)的原理，实验测试了许多化合物，例如吩嗪、吩噻嗪、夹二氮杂蒽、靛酚和二吡啶作为MFC中氧化还原中间体的效率，

13、实验用的MFC以铁氰化物铂为阴极，以Alcaligenes eutrophus, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Proteus vulgaris作为活性菌，且以葡萄糖或琥珀酸盐作为氧化基质。实验结果显示，以Proteus vulgaris混合硫堇且以葡萄糖作为基质的MFC得到的持续电流最稳定，库仑效率最大。 3.4.2过电位 只有当电池反应是快速反应或者电流密度很小的情况下，电池反应才能处于平衡状态或准平衡状态，在实际电池中，电池中有电流通过时，电极电位会偏离平衡电位，这种现象称作电极极化，实际电位与平衡电位之间的电位差称作过电位（overpoten

14、tial）。阴极与阳极损失的电压相比，存在明显的电压损失。有实验研究弥补这种电压损失的方法是采用六圆环的铁氰化物溶液加入到MFC阴极室里， 然而六圆环的铁氰化物在空气中不能被完全氧化，而且应当被作为电子接受体而不是作为媒介体。 影响电池过电位的主要因素是电池的电极面积，一般情况下，测量MFC的开路电压（OCP）会受到电极超电势的影响，影响的程度则是由电极电化学特性所决定的。在MFC中，由于存在过电位，测量的MFC产生的电压都比实际电压要偏小。 3.4.3 内电阻 微生物燃料电池的内电阻与电极材料和两极之间的电解溶液的性质均有关系。如果MFC电解液的内电阻大，那么MFC的内电阻自然就大。同样，电

15、极材料的导电性越好，MFC的内电阻就越小。此外，有质子交换膜的MFC中还要考虑质子交换膜的电阻大小及其影响程度，据目前文献所报导，质子交换膜中，Nafion膜的电阻最小。 从原理来看，MFC内电阻越大，就越不利于电池反应室中电荷的传输。所以，要提高电荷的传输量和传输效率，就要尽可能地降低MFC的内电阻。 生物电池扩大生产的技术可行性研究本生产选用的菌种属于 子群的厌氧菌3。该菌种是从淀粉加工厂的废水中提取的。主要设备：超净工作台、高压灭菌锅、生化培养箱(SPX-150)、厌氧装置、数码生物显微镜（SN-200M）。生物发酵罐、冷冻干燥机（LGJ10）扩大生产的工艺流程：斜面菌种一级种子培养二级

16、种子培养一级发酵罐二级发酵罐三级发酵罐分离菌种电池装配1、实验室扩大培养1.1斜面菌种的培养 菌种的斜面培养必须有利于菌种生长,并要求斜面菌种绝对纯,不得混有任何杂菌和噬菌体,培养条件应有利于菌种繁殖,培养基以多含有机氮而不含或少含糖为原则. (1) 斜面培养基组成 糖蜜 0.1% 、蛋白陈 1.0% 、牛肉膏 1.0% 、氯化钠 0.5%、 琼脂 2.02.5%、 PH 7.07.2 (传代和保藏斜面不加糖蜜) (2) 培养条件:3334,培养1824h 1.2一级种子培养 一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌体,培养基组成应以少含糖分,多含有机氮为主,培养条件从有利于长菌考虑. (1)

17、 培养基组成 糖蜜 2.5%、 尿素 0.5% 、硫酸镁 0.04% 、磷酸氢二钾 0.1% 、玉米浆 2.53.5%(按质增减) 、硫酸亚铁,硫酸锰 各2ppm 、PH 7.0 (2) 培养条件 用1000mL三角瓶装入培养基200mI,灭菌后置于冲程7.6cm,频率96次/min的往复式摇床上振荡培养12h,培养温度3334 (3) 一级种子质量要求 种龄:12h pH值:6.4 0.1 光密度:净增OD值0.5以上 残糖:0.5%以下 无菌检查:(-) 噬菌体检查: (-) 镜检:菌体生长均匀,粗壮,排列整齐 1.3 二级种子培养 为了获得发酵所需要的足够数量的菌体,在一级种子培养的基础

18、上进而扩大到种子罐的二级种子培养.种子罐容积大小取决于发酵罐大小和种量比例. (1) 培养基组成 淀粉 2.5%、 尿素 0.5% 、硫酸镁 0.04% 、磷酸氢二钾 0.1% 、玉米浆 2.53.5%(按质增减) 、硫酸亚铁,硫酸锰 各2ppm、 PH 7.0 (2)培养条件 接种量:0.81.0% 培养温度:3234 培养时间:78h (3)二级种子的质量要求 种龄 78h pH 7.2左右 OD值 净增0.5左右 无菌检查 (-) 噬菌体检查(-) 2、车间扩大培养 采用三级扩大培养,扩大倍数:第1级到第2级为8-10倍,第2级到第3级为4-6倍. 设备均采用进口SUS304不锈钢材料制

19、造，内部表面抛光0.4m，外部表面400机械抛光或喷砂丸处理，设备整体大方美观；2.1系统的组成：I级培养罐一只，全容为900L，有效容积为600L，设有加热装置和冷却装置，罐体保温，且外包不锈钢保护； II级培养罐一只，全容为9000L，有效容积为6000L，设有加热装置和冷却装置，罐体保温，且外包不锈钢保护；级培养罐一只，全容为50000L，有效容积为33000L，设有加热装置和冷却装置，罐体保温，且外包不锈钢保护；CIP罐一只，全容积为1000L，有效容积为800L，罐体设有加热装置，罐体保温，且外包不锈钢保护；I级、II级和级培养罐的外壁光洁度为180grit（Ra0.8m），内壁光洁

20、度为220-240grit（Ra0.4m）；配备自控系统，10.4英寸触摸屏控制介面，以及PLC控制元件均选用德国西门子产品。系统用气动角座阀，温度感应器、电子称重计和电磁流量计均选用国外进口名牌产品；气动双座罐底阀、气动三通转向阀选用德法诺公司；配置有CIP清洗系统与换线板装置，以及完善的PALL公司空气与蒸汽净化系统。2.2工艺流程： 纯种菌经实验室的各阶段培养，最后到卡氏罐；扩培前对系统容器及相应的管道进行CIP清洗与蒸汽灭菌；2.2.1一级扩大培养热糖蜜按计量进入级培养罐，在罐中对糖蜜进行二次灭菌，再冷却至接种温度，然后接种实验室培养的进行培养；2.2.2二级扩大培养热糖蜜按计量进入级

21、培养罐，在罐中对糖蜜进行二次灭菌，再冷却至接种温度，然后把级培养罐的菌液压入其中进行培养；2.2.3三级扩大培养热糖蜜按计量进入级培养罐，在罐中对糖蜜进行二次灭菌，再冷却至接种温度，然后把级培养罐的菌液压入其中进行培养；级培养罐的菌种培养达到技术要求时，即可用于生产现场；2.3培养罐投料 配方：糖蜜 2.5% 、尿素 0.5% 、硫酸镁 0.04% 、磷酸氢二钾 0.1% 、玉米浆 2.53.5%(按质增减) 、硫酸亚铁、硫酸锰 各2ppm 、PH 7.02.4培养罐培养 培养条件：搅拌速度 180200r/min，罐压 0.05MPa。一般培养周期为 1824h，在芽孢大量形成，个别芽孢开始

22、脱落时，符合放罐指标，即可放罐。 2.5培养过程中的检测内容及检测方法 投料后 4h开始，每隔 2h取样检测一次，至 18h后，取样间隔缩短为 0 5 1h。达到如下指标即可放罐。 a）芽孢含量70%； b）杂菌污染30亿个 /mL。 2.5.1发酵罐培养过程中的检测 接种后 4h开始，每隔 2h取样一次检测，包括菌体生长状况、含菌量和 pH值，达到如下指标，即可移种至发酵罐内发酵培养。 a）菌体生长整齐； b）处于对数生长期； c）含菌量 2亿个 /mL以上； d）无杂菌污染。2.5.2检测方法 2.5.2.1取样 在无菌条件下，取培养液 50100mL，于灭菌三角瓶中，检测备用。 2.5.

23、2.2 pH值的调节 用 pH试纸（适用范围 pH值 48）进行比色，用滴管将一滴发酵液滴到 pH试纸上，观察试纸上指示剂颜色变化，用比色卡进行比色来确定发酵液的 pH值，并用 1mol/L的氢氧化钠或盐酸调节发酵液的 pH值，使发酵液 pH值保持在 7 07 5左右。 2.5.2.3菌体生长状况 用涂片、染色法观察菌体生长状况。用无菌吸管或接种环取发酵液一滴或 23滴，置于洁净载玻片上，用移种环在玻片上均匀涂抹，干燥后用孔雀绿、藏红染色法将菌体和芽孢染成不同颜色，在显微镜下观察。 2.5.2.4 染色步骤 孔雀绿 0.5%的水溶液染色剂 I或碱性品红配制成 0.05%的水溶液染色剂。在固定好

24、的涂片上加染色剂，置酒精灯火焰上微加热染色 1min，勿使染色液沸腾和干燥，用水洗去染色液后，加染色剂染色 15min，再用水洗去染色液，用吸水纸吸干即可在显微镜下观察，注意此时菌体染成微红色，芽孢染成绿色。 2.5.2.5 含菌（孢）量检测 用血球计数法观察菌体孢体的数量，将发酵液用无菌水稀释至 1081010倍备用（至适宜的倍数为准）。再将洁净盖玻片放在血球计数板上有刻度的位置上，从盖玻片的一侧加小滴稀释的发酵液（使每小格只有 510孢子为宜）。再在显微镜下观察每个小格的芽孢菌数目，每视野观察 80个小格，以平均数乘以 106，再乘以稀释倍数，即为发酵液的含菌数。每次计数测定应不少于五个视

25、野数（即不少于 580个小格的平均数）。3菌种的分离提纯 将培养好的菌液通过转鼓真空过滤机即可对菌种进行分离提纯，然后转入电池装配车间进行电池装配。4电池的装配进入装配车间以后，按以下规格生产装配电池：生物电池的技术规格酶:葡萄糖脱氢酶和心肌酶 (阳极)胆红素氧化酶(阴极)介质:维生素 K3 和辅助因子NADH (阳极)铁氰化钾(阴极) 电极:多孔碳集电器：钛网隔离膜:玻璃纸蜜糖溶液： 0.4 M蜜糖加1.0 M磷酸钙缓冲液， PH值7.0生物电池的规格：最大输出：50 mW（目前市面上MP3的最大输出功率一般为10mW、20 mW、40mW等。）把普通电解液固定于胶体中的密闭式铅酸可充电电池

26、， 寿命长达5年额定电压(V)：1.5、3、6；额定容量10小时(AH):165；放电电流(A)：16.0；最大负载约(A)：770； 5秒钟最大允可电流值(A)：2600；重量(kg)：0.25；长(mm)：144；宽(mm)：100；到达盖顶边的最大高度(mm)：153；接点/盖以上最大高度(mm)：175；生物电池应用方面的研究 随着社会与经济的不断发展,能源消费将逐年增加。据分析,到2020年,全世界的能源消耗量将比现在增长一倍,能源的大量消耗同时也带来了地球变暖、酸雨增加等矛盾。为了人类能源的稳定持久供应,为了保护生态环境,近一段时间以来,新能源的研制开发受到普遍的重视。在诸多现在正

27、在被使用的能源中,电力被公认为最理想,最清洁的能源。因而,继火力发电、原子能发电之后,一种新型的发电技术,即燃料电池发电技术正引起各国科学家注目并被积极地着手研制。到目前为止,燃料电池在研制和开发应用方面均取得了长足的进展。 作为一种清洁、高效而且性能稳定的电源技术，燃料电池已经在航空航天领域得到了成功的应用，现在世界各国都在加速其在民用领域的商业开发。使用微生物电池处理污水一方面可以为微生物燃料电池提供一个新的研究方向，另一方面，为处理污水，将无用资源转变为可生产能量的有用资源提供了新的发展方向。而且微生物燃料电池将污水中可降解有机物的化学能转化为电能，实现了污水处理的可持续发展。在采用污水

28、作为原料的MFC中，通过阳极的微生物修饰，将有效提高电池的输出功率。 微生物燃料电池法处理污水的技术正向无介体、无膜的方向继续发展，在实际应用的道路上正一步步走向可行。目前微生物燃料电池处理污水技术要解决的关键问题是应该继续提高输出功率和库仑转移效率、进一步降低电池成本等，MFC的性能除面临与氢燃料电池相同的阴极氧化还原动力学的困难外，还存在阳极微生物细胞内的电子向电极表面有效转移，以及O2穿透隔膜的问题，这些问题的解决都是MFC的关键。微生物燃料电池的主要应用领域：驱动人工心脏或其他人工器官、驱动测量血液糖分水平和传输数据的设备、驱动小型硅基微电子器件、驱动数码相机、MP3、PDA、笔记本等

29、。近年因环境保护要求而新兴起的生物电池，用生物原料(包括林场杂木、稻草、麦杆、玉米杆、青草、草垃圾、含能源的植物、动物粪便等)生产电能。即将生物原料通过反应器转换成燃烧气体(主要是H2、CO、CH4)，经加工处理后作为燃料电池的原料用于建立分散电站，供家庭或城市用电；也可转换成H2，用于电动汽车。据Moder Power System报道，一个以垃圾场生产的燃料气体为燃料的燃料电池厂正在美国康涅狄州格罗顿镇运行，它生产国际燃料电池公司的200KW磷酸燃料电池。该电池厂装有燃料洁净系统，使垃圾场的燃气在进入燃料电池堆之前已被去除掉其中的氯化合物、硫化合物和共它污染物。目前德国巴伐利亚州的Bad

30、Bruckenan正在建造一个生物能源氢气工程。燃料电池中另一亮点是细菌电池。其基本原理是通过细菌发酵，把酸或糖类转化为氢气，再将氢导入磷酸燃料电池后发电。美国1984年设计出一种供遨游太空用的细菌电池，原料是宇航员的尿液和活细菌。日本也研制过用特制糖浆作原料的细菌电池。燃料电池今后的发展方向除了电动车辆(包括工交车辆、拖拉机、叉式装卸机、高尔夫车和军事车辆等)和热电站外，另一方向是使燃料电池小型化。燃料电池替代普通电池在膝上电脑、便携式电子器件等方面的应用列于表4。据科学美国人报道，美国洛斯阿拉芙斯国家实验室罗伯特.G.霍克最近研制成功微型燃料电池，其电池尺寸和价格可与传统的镍隔电池相比，重

31、量仅为镍隔电池的一半，但供电能力为镍隔电池的50倍。预期这种微型燃料电池用于移动电话，可连续待机40天，而仅消耗不到2盎司的甲醇。霍克目前正把微电子技术引入微型燃料电池制作中，准备制作25m厚的微型电池。另外，还有把燃料电池用于电子广告牌和电动自行车的报道。微生物燃料电池的应用现状：1 生物传感器 从1999年起，韩国科技研究院水环境及修复中心连续报导了以微生物燃料电池为基础的BOD传感器的研究。研究中BOD传感器的两个电极均为石墨平板，两区之间用Nafion膜分隔，接外电阻为10，使用的微生物均呈现电化学活性，没有加入中间体。该研究中心用该类BOD传感器分别对污水进行了取样测定和连续在线测定

32、，实验结果显示可以成功地测量到污水样的BOD值，与传统方法测量BOD值相比较，BOD值的偏差范围在3%到10%之间。 韩国的BHKim在取样测定实验中，采用的微生物为燃料电池中富集电化学活性的菌群，原料为淀粉加工厂的污水。实验结果显示，电池产生的电流与污水浓度之间呈明显地线性关系，相关系数达到0.99，低浓度时电流响应时间少于30分钟，但浓度达到200mg/L时，响应时间需要10h。但如果污水没有用缓冲溶液稀释，则其浓度与电流间没有线性关系。MFC测定的BOD的标准偏差为3%12%。 此外，韩国的K. H. Kang等为了使MFC作为低BOD传感器，通过在石墨片上载铂改进了阴极的O2还原性能，

33、降低了氧气到阳极间隔室的传输量，得到了较好的成果，优化了MFC作为BOD传感器的性能。 2 污水处理 英国的Bruce E. Logan及其实验室人员对MFC作了很多的研究，设计了很多种不同结构的MFC处理污水，其中直接使用空气作为阴极的MFC，明显提高了电池的输出功率密度。 Bruce E. Logan实验室的其中一个单室MFC的两个电极相对平行放置26，MFC反应室中加入生活污水和葡萄糖作为实验基质，污水中的细菌用作生物催化剂。当电池以生活污水（COD为200300mg/L）为燃料时，连续运行140h后，达到最大电压0.32V，处理后污水的COD值降低了50%以上。电池有质子交换膜时最大功

34、率密度达到1468 mW/m2，无膜时达到283 mW/m2，可见，有膜时的电池功率密度是无膜的5.2倍。 Bruce E. Logan等还提出MFCs可以利用溶解有机质的氧化直接产生电流，但是如果要对MFC进行优化，就必须知道更多的关于增加燃料电池功率的影响因素，例如质子交换系统的类型和电极材料等。为了考察这些影响因素的具体情况，Bruce E. Logan对MFC在使用纯介体和混合介体两种情况下进行了实验研究（有质子交换膜）。实验采用的装置左瓶是MFC阳极反应池，右瓶是MFC阴极反应池，在这两个厌氧反应室中间采用了一个玻璃盐桥进行连接。实验结果显示使用纯接种体G.metalli- redu

35、cen菌时，电池功率是401 mW/m2，而使用污水作接种体的电池功率是381 mW/m2。他们同时还MFC作了使用盐桥代替质子交换膜研究，盐桥的MFC功率为2.2mW/m2，与质子交换膜相比，盐桥体系的内电阻为1992050，在这两个体系里，氧气的溶解从阴极室到阳极室也是一个影响因素，其中，依靠喷射氮气可以提高电池的库仑效率约28%36%，为了提高库仑效率，需要依靠控制溶解氧到阳极室的流量，解决内在电阻是增加MFC功率的最主要的因素。 生物电池的推广方案一、背景浅析1、企业成立时间短，品种与规格在一定程度上还不是非常完善，在产品的品牌知名度还不高。2、企业生产微生物电池类产品，主要为蓄电池类

36、。虽然属高科技产品，但是电池类同行竞争大，经营模式相互效仿，客户在选择上对质量和价格要求更加苛刻，客户选择多样化。3、市场前期销售网络不完善，营建通路成本太高。与商家的诚信需要逐步建立。4、在产品传播上概念不清晰，主次客户不明确，媒介资源泛滥，真正适合企业的资源不利于在短时间内发现。二、目标群体企业或组织团购：主要目标群体个人：辅助目标群体三、产品优势1.能量转换效率高：燃料电池能量转换效率比热机和发电机能量转换效率高得多。目前汽轮机或柴油机的效率最大值为4050%，当用热机带动发电机时，其效率仅为3540%，而燃料电池的有效能效可达6070%，其理论能量转换效率可达90%。其他物理电池，如温

37、差电池效率为10%，太阳能电池效率为20%，均无法与燃料电池相比。2.污染小、噪声低：燃料电池作为大、中型发电装置使用时其突出的优点是减少污染排放。对于微生物燃料电池而言，发电后的产物只有水，可实现零污染。另外，由于燃料电池无热机活塞引擎等机械传动部分，故操作环境无噪声污染。3.高度可靠性：燃料电池发电装置由单个电池堆叠至所需规模的电池组构成。由于这种电池组是模块结构，因而维修十分方便。另外，当燃料电池的负载有变动时，它会很快响应，故无论处于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行，它都能承受且效率变化不大。这种优良性能使燃料电池在用电高峰时可作为调节的储能电池使用。 4.比能量或比功率高 5.

38、适用能力强：燃料电池可以使用多种多样的初级燃料，如天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油；也可使用发电厂不宜使用的低质燃料，如褐煤、废木、废纸，甚至城市垃圾，但需经专门装置对它们重整制取。虽然燃料电池有上述种种优点，然而由于技术问题，至今一切已有的燃料电池均还没有达到大规模民用商业化程度。为此，美、日等国相继拨出巨资来发展燃料电池。四、营销导向下的产品质量与创新使命市场经济下，迎合了需求了产品才会有自己的市场，而不断追求的质量与随社会发展或需求提高而不断创新的产品才有可能占有更大的市场。首先，产品的主要功能要与目标群的用需求相对应，满足目标群的使用；其次，产品的宣传与包装形式要与产品特点想对应，并与顾

39、客的心理需求相对应；再次，增加产品的附加值，附和顾客的潜在感情需求，如服务、文化等。 为使微生物燃料电池能够迅速地打入市场，现提出了如下推广方案：（一）平台推广1、新闻发布会在新产品推出时，召集新闻媒体召开新闻发布会，借助新闻媒体与权威部门，提高潜在客户对企业的认识，提升企业形象，为下一步公关工作做好铺垫。2、产品展示会 制作形象样板间，邀请企业和同行观看公司的产品，但在展出产品的同时，应以当前流行的产品为主，并辅以展出先进但有可能是后起之秀的产品，以给客户既紧追形势又具备高端的研发潜力的印象。产品展示会可一举二得，既得到了客户的认同，又在同行领域显露了自身优势，为下一步人才储备奠定了基础。3

40、、大型展会首先可以参加技术博览会或科技展览会，把我们的产品列入工业博览会，提供产品实物和详细资料。对其它客户进行产品详细介绍，这样做的目的可以提高我公司的知名度，而且还可以和其它客户进行交流，知己知彼，百战百胜。4、装材商场（商家）展位推广 属于平台推广范畴，在一个消费群体不是大众化的行业，借助大众广告媒介所浪费的可能不只是那说不出的50%广告费，而且费用过高，新成立的企业势必负担过重。找到与自己最贴近的商场，无非也就找到了最大的消费资源，一个新生的企业和消费者还相对陌生的商品，借助商场就站在了与品牌商同一个竞争平台上。与商家合作最好的一点是可以省去了自己寻找、培训、建立同期维修服务站的费用。

41、（二）信息推广可以利用柏拉图理论，抓住重点，因为一个公司80的利润通常来自于20的客户，我们可以对大客户进行详细的调查，从他们哪里可以了解一些对我公司产品的一些可取的评价和要求，我们可以再提供更完善的信息，满足对客户的要求。另外，我们成立专门的电话营销中心（当然要有好的管理与详细的划分），对部分客户尝试电话营销，或先进行电话推销，再派销售代表前往洽谈订单事宜，或对已形成合作关系客户，进行电话回访，关系维护。开拓我们的新市场，发掘新客户，我们可以通过工博会得到客户的一些资料，比如Email或电话形式，来提供更详细的资料，加大力度推销我们的产品，询问对方的一些要求。（三）通路推广1、零售终端可以在

42、一类、二类城市成立自己的办事处与销售终端，好处是直接接近客户，方便与客户沟通，便与产品价格管理与质量问题处理。2、网络推广与销售利用人员推销、广告宣传手段等，满足通路需求，使产品快速通过中间环节达到铺货目的。在网络建设上，应先对目标市场进行市场调研，对市场潜力、成熟度有一定了解，将最后归整好的主要市场集中精粹力量，直接进驻，并以此作为样板，打造以此为一个小中心点的点面辐射。对终端开通绿色通道，营造销售气氛，制造热销事件，在此基础上增加产品份量，顺理成章的将产品推给分销商。另外，对个别市场（如工厂所在区或认识度很高的区域），益守不益攻，应待基本成熟的时候一举拿下。名不见经传的商品如何在一个陌生的

43、市场上站住脚呢？直接攻击大品牌，怕是竹篮子打水一场空，而利用我们集中精力做足一条通路的灵活性，如给经销商更高的折扣或鼓励措施，增加他的利润，给他更多的尊重与支持，想切入立即可以形成流通的通路，也许不是那么困难，而下一步切断大品牌的部分通路又岂不可能？当然这属于“红海”攻击生物电池开发利用总效益的研究一、经济效益分析影响生物电池经济效益的几个方面：1. 国外绿色壁垒对我国电池产业的影响：大幅度提高了电池生产成本和出口销售成本。2. 出口退税政策调整对电池产业的影响：出口退税率每下调1个百分点，就相当于一般贸易出口成本增加约1个百分点；所以出口退税政策的出台，将降低电池出口市场竞争力。3. 电池材

44、料价格持续上涨：这将直接导致生产成本的增加。4. 国外反倾销与技术壁垒对我国电池产业的影响：在当前应诉基金机制缺乏的情况下，企业的压力很大。5. 运输费用提高6. 电池行业职业病危害状况严峻，环保治理投入提高：额外的增加一部分成本。综上所述，我国电池企业面临重重困难，为此中国电池工业协会将积极引导企业调整产品结构，向多元化方向发展 ；而企业应加强技术、工艺和设备的革新力度，提高原材料的利用率，并提高资源的利用率，尽可能地降低因原材料上涨所带来的不利影响；积极改进生产工艺，加快淘汰落后产能的步伐，尽快转型，向生产高效、环保、节能电池的方向前进，促进电池行业持续发展。在初步确定成本资源的情况下，预

45、估计企业的经济效益如下： 原料费：100万元 设备费：800万元 场地费（/年）：10亩*5万=50万元 工人工资：50员工*3万元=150万元 其他（包括水电，设备维修等等费用）：200万元 预计总投资：1300万元1. 市场容量评估：据中国电池业界最权威的电池杂志、电池快讯报道，中国电池消耗量200亿支，人均耗电池近20支，在知识爆炸的时代，学习也是充能，生活娱乐都需要电池，电池作为能耗品，家家必备，人人必用。 在社会区域，市场占有率按最低标准估计，在一个10万人口的县城(一个市场区域)，市场启动前期，按7.2%的市场占有率，应发展7200名用户，市场启动后，应远大于这个数值。 在学校区域

46、，每1万人按40占有率计算，应有4000人。可根据“利润分析估算”。2. 利润计算：年产1000吨普通生物蓄电池，其重量每个是0.25KG 每个蓄电池以.0.25KG计，每个蓄电池市售价10元，批发价7元，利润每个3.75元，产值1000000/0.2572800万元，毛利润1000000/0. 253.751500万元综上所述，年产1000吨生物电池，总产值共计2800万元，除去税收2800*13%=364万元，年毛利润为1500-364=1136万元。预计一年可以收回成本。二、社会效益分析建立电池厂，不但产生巨大的经济效益，而且可以产生社会效益。1、扩大就业，可以提供技术领域扩展。3、在全

47、国号召大力发展民营经济的情况下50个左右职工就业。2、电池生产有一定的技术含量，可以带领行业向高新，对促进民营经济的发展起到了推动作用。三、环境效益分析燃料电池作为大、中型发电装置使用时其突出的优点是减少污染排放。对于微生物燃料电池而言，发电后的产物只有水，可实现零污染。本厂采用活性污泥处理废水，可以有效的减少废水中的有机质。因此，该项目无论从经济效益、社会效益及生态效益等诸方面分析，其意义都十分深远。结论经过以上个方面的调查研究，微生物燃料电池具有很大的市场前景。在能源急剧紧张的今天，生物电池就如雨后春笋，生气盎然。所以我们要把握住这最好的时机，尽早打入市场。本项目技术工艺尖端先进，切合实际情况；项目产品顺应环保潮流，满足了市场需求