当前绝大多数的燃料电池都是基于化学物质（主要是无机材料）构筑的，其中贵金属催化剂是造成燃料电池高成本的重要因素。自然存在的微生物和酶往往体现出远高于简单化学物质的催化活性，将生物催化应用于燃料电池无疑是一个极具吸引力的课题。利用微生物作为燃料氧化催化剂的燃料电池称为微生物燃料电池（Microbal Fuel Cell，MFC）。

MFC的工作原理如图13-53所示，具有催化活性的微生物附着于阳极上，MFC的燃料可以是传统的醇类或糖类燃料，也可以是含有机物的废水，阳极池的微生物通常为厌氧型，能够催化分解阳极池中的有机物产生电荷。在图13-53中阴极浸没在溶液中，阴极池中的微生物则是好氧型的，能够促进氧还原反应。

早在20世纪初就在细菌分解有机物的过程中探测到了微弱的电流，但很长一段时间内人们仅将此作为一种有趣的现象，并不寄希望于以此产生可用的电力，如何将生化反应产生的电荷有效地收集是其中一个主要难题。在20世纪80年代人们发现通过某些有机物作为电子传递的介质（mediator）可以极大地提高微生物向阳极传递电子的速率，从而大大提高了微生物燃料电池的输出功率。早期的电子传递介质为合成的有机物，大多为有毒且不稳定的氮、硫杂环化合物，近年来发现某些微生物的代谢产物也可以作为电子传递介质，有些微生物本身对阳极也有较高的电子传输速率。

MFC的阳极通常为具有较高比表面积和较好导电性的炭纸，微生物通过电子传递介质或直接附着于阳极。阴极可以直接浸没于好氧微生物溶液中，但此时起氧化作用的是溶解氧；此外也可以像PEMFC中一样将阴极与膜压在一起作为呼吸式阴极（air breathing cathode），采用传统的Pt-C催化剂，直接以空气作为氧化剂。阴阳两极之间的隔膜并非必需的，相反膜的引入会增加内阻，但隔膜的存在能够使两个电极之间的距离更近，避免短路以及阳极产生的少量H₂的扩散。当前在多数MFC设计中仍然保留了隔膜，但并非是PEMFC中的质子交换膜。MFC是极具吸引力的一种燃料电池类型，可以全部采用微生物催化剂而不需要贵金属，同时能利用廉价的燃料例如富营养的工业和生活污水作为原料，是一种将污水变废为宝的手段。当前MFC的功率密度已能达到0.1～1mW/cm²，正处于从实验室走向商业化的阶段，图13-54为以酿酒厂废水为燃料的MFC实物图。MFC的长时间运行效果还有待于考察，包括微生物寿命、代谢产物以及分解产物产生的淤泥等因素对电池性能的影响。(www.daowen.com)

图13-54 利用酿造厂废水为燃料的微生物燃料电池实物照片^[122]