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能直接轉化成電能的裝置。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，而質子通過質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子結合成水。

典型的微生物燃料電池的組成圖

一、測量燃料生物電池（MFCs）電解質中的溶氧、氫氣、pH、氧化還原電位等以及陰極生物膜內的pH、氧化還原電位等參數(shù)。微電極系統(tǒng)在燃料生物電池領域的應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體系中生產的氧氣或氫氣濃度

●測試燃料生物電池內聚合電解質擴散層的氧的濃度梯度

●測試燃料微生物反應電池體系中的氧化亞氮及一氧化氮的濃度

●應用微電極測試燃料生物電池中生物膜獲得的相關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燃料電池中擴散介質厚度的氧濃度

微電極的應用：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中氧氣的運輸情況，并相應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內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)電量和細菌群落的影響:陽極位置的影響

微電極的應用介紹：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處對應的氧的最大濃度為10.8umol/L。這些研究數(shù)據(jù)表明，當將陽極置于根的下方，并保持適當?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運作用

微電極的應用：應用尖端直接為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)域生物膜內的氧氣濃度分布情況。

應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

微電極的應用：應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)中生物膜內的溶氧濃度，研究生物膜的存在對電壓(細線)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的陰極生物膜的溶解氧的梯度分布

論文5、導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