石墨烯用於生物燃料電池的先期研究_能源 (#35*) *規劃中

2015-6-19

跟很多新朋友說我一個人手上有超過 40款應用技術在進行，其中還沒寫文章的有希望在離子水機的鈦電極鍍上導電層、甚至美國腦科醫生希望在 PEEK或 PI上塗布幾微米的成像層，包括接下來我要談的二項，生物燃料電池及除濕機水分離。各位可以看到幾個事實，第一，上帝給我那麼大的恩賜是要我多做點事，會不會賺錢對我還是先擺在後面﹔第二，我不過是用一百多種材料組合再加上不斷積累的知識來進行新的項目，但這種「複製」的速度將會越來越快，而我卻不需花費太多資源。

這篇談到能源類應用技術的生物燃料電池。我常說「莫非定律」，這個項目也來得很突然，大陸有位韓克到台灣宜蘭大學去學習，也不知道甚麼原因去年 10月主動寫個mail找上我提供石墨烯材料。通常我都是一口回絕，但那天或許是心情特好問了他要做甚麼？他的回應是生物燃料電池。坦白說我還是第一次聽到這個項目，感覺非主流也沒有商機，不過，我還是上網去找相關信息。最後，是「環保」的因素打動我想進行這個項目。

微生物燃料電池（microbial fuel cells, MFCs）是藉由微生物的催化反應，將化學能（燃料）轉換為電能的組件。典型的微生物燃料電池是由陽極和陰極，以及一片質子交換膜所構成，微生物於陽極分解氧化燃料，並同時產生電子和質子，電子可經由外部電路到達陰極，而質子則通過質子交換膜到陰極，在陰極會消耗電子和質子與氧結合產生水。有機燃料可為葡萄糖、醋酸、乳酸及家庭污水等。

不同於限制氧化電子受體的化學燃料電池與酵素燃料電池，微生物燃料電池有更強大的適應性。到目前為止，不同的菌種如：genus Geobacter、Enterobacter、Shewanella和Bacillus經測試在微生物燃料電池中之產能具有最佳的功率。近期相關研究著重於微生物燃料電池內填充混合的微生物菌種，特別是關於它們對營養源的適應性：菌種彼此的競爭力及總體趨勢，使系統更穩定且效果更佳，且研究發現其相較於培養純菌種的系統可以得到更高密度的電流。

陽極是有機物質在微生物 (催化劑)作用下進行氧化反應 (oxidation) 的場所。作為微生物燃料電池陽極的電極必需具備有良好的電導性、生物適應性及化學穩定性。電極可為金屬或非金屬，金屬電極如不綉鋼及鉑或白金；非金屬電極則大部分以碳為基材，其包含有緊密碳及纖維碳。緊密碳如石墨 ；纖維碳如碳布、碳紙、碳纖維和碳棉等。一般而言，電極所產的電能隨表面積的增加而升高。

陰極為物質進行還原反應 (reduction) 的場所。陰極多為溶氧的磷酸鹽緩衝溶液。鐵氰化物 K3Fe(CN)6 常被用來當作為電子接受者。此外，氧氣是最適合作為電子接受者，因為氧氣有高的氧化電位、價格便宜、持續性好，且不會有化學廢棄物產生之優點。微生物燃料電池的陰極氧化劑主要有空氣、溶氧、鐵氰化物、二氧化錳等。目前，陰極材料多使用載鉑石墨、碳布或碳紙等。

nn所以我要求他寄碳布來讓我以不同層數的導電油墨塗布在碳布表面，我也寄到宜蘭大學給了他，但這小子後面也沒有響應了，真是辜負我的好意。沒關係，讓我也對生物燃料電池又有了初步印象，當哪天有人想進行時我也知道怎麼去完成這個項目。
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