微生物電解池的工作原理

　　微生物電解池是一種利用微生物的代謝活性產生電能，并在外加電源的輔助下于陰極產生氫氣等清潔能源的裝置，主要由池體、陽極、陰極、外電路及電源組成。陽極上通常覆蓋有一層由產電微生物形成的生物膜，這些微生物以污水中的有機物為“食物”，通過代謝過程將有機物氧化分解。
 

　　微生物電解池的工作原理主要包括以下幾個關鍵過程：
 

　　微生物代謝產電子：在陽極室中，產電微生物通過代謝有機物產生電子，并將這些電子從細胞內轉移到細胞外的陽極上。常見的產電微生物有地桿菌屬(Geobacter)、希瓦氏菌屬(Shewanella)等。
 

　　電子傳遞到陽極：微生物釋放的電子通過陽極材料(如碳布、碳棒等)傳遞到外電路，形成從微生物到陽極再到外電路的電子流動路徑。
 

　　質子傳遞：在陽極微生物代謝有機物的同時，會產生氫離子(質子)。這些質子會通過質子交換膜或直接通過電解質溶液遷移到陰極室。質子交換膜是一種只允許質子通過的半透膜，它有效地將陽極室和陰極室隔開，同時保證質子的傳遞。
 

　　電子與質子結合產氫氣：在外電路中，電子在電源提供的電勢差作用下從陽極流向陰極。當電子到達陰極后，與從陽極室遷移過來的質子結合，在合適的催化劑作用下發生還原反應，生成氫氣。如果反應條件和微生物群落適宜，也可能產生甲烷等其他產物。