微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)技術在過去十多年於污水處理領域得到了大量的關注。該技術可以透過培養具有電化學活性的微生物來同時發電和處理廢水，因此被認為是取代現行活性污泥處理技術的其中一種具有潛力的選項。無膜空氣陰極微生物燃料電池（Membrane-less air-cathode microbial fuel cell）作為MFC技術中低成本且具有可放大潛力的模組之一，無需額外的膜和曝氣成本即可處理廢水並回收電能(圖一)。然而，陰極表面生物膜（即生物積垢）的形成被觀察到會降低陰極性能。本研究構建了一個由八個電池單元組成的無膜空氣陰極微生物燃料電池，旨在評估陰極表面生物積垢對各電池單元性能的影響以及電池並聯期間的放大功率效率。結果顯示，陰極生物積垢透過降低電壓和電流輸出來影響陰極性能，進一步導致不同單元陰極之間的性能差異。此外，實驗中觀察到當增加並聯單元的數量時，功率輸出並沒有線性放大、功率密度反而下降(圖二)。電化學循環伏安法顯示陰極表面附著生物膜後後起始電位從 0.4 V 降低到 0.1 V。電化學阻抗分析顯示生物膜附著後的陰極，極化電阻增加了大約兩倍。此外，我們還發現陰極表現與生物膜微生物群落之間具有關聯性，以及陰極表現與不同電池單元的位置之間亦具有關聯。整體而言，我們的結果表明陰極生物積垢可能是限制無膜空氣陰極微生物燃料電池模組並聯放大性能的關鍵因素，需要進一步研究以提高放大功率效率。（環工所于昌平教授提供） Fig. 1. 無膜空氣陰極微生物燃料電池模組示意圖。 Fig. 2. 功率輸出表現。(A)功率密度(十字符號)與極化曲線(空心符號)與(B)陰極極化曲線(點狀符號)與陽極極化曲線(實心符號)於並聯1個電池單元(黑色圓型)，2個電池單元(紅色三角形)，4個電池單元(藍色方形)與8個電池單元(綠色鑽石形)的情況。
微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell, MFC)技術在過去十多年於污水處理領域得到了大量的關注。該技術可以透過培養具有電化學活性的微生物來同時發電和處理廢水，因此被認為是取代現行活性污泥處理技術的其中一種具有潛力的選項。無膜空氣陰極微生物燃料電池（Membrane-less air-cathode microbial fuel cell）作為MFC技術中低成本且具有可放大潛力的模組之一，無需額外的膜和曝氣成本即可處理廢水並回收電能(圖一)。然而，陰極表面生物膜（即生物積垢）的形成被觀察到會降低陰極性能。本研究構建了一個由八個電池單元組成的無膜空氣陰極微生物燃料電池，旨在評估陰極表面生物積垢對各電池單元性能的影響以及電池並聯期間的放大功率效率。結果顯示，陰極生物積垢透過降低電壓和電流輸出來影響陰極性能，進一步導致不同單元陰極之間的性能差異。此外，實驗中觀察到當增加並聯單元的數量時，功率輸出並沒有線性放大、功率密度反而下降(圖二)。電化學循環伏安法顯示陰極表面附著生物膜後後起始電位從 0.4 V 降低到 0.1 V。電化學阻抗分析顯示生物膜附著後的陰極，極化電阻增加了大約兩倍。此外，我們還發現陰極表現與生物膜微生物群落之間具有關聯性，以及陰極表現與不同電池單元的位置之間亦具有關聯。整體而言，我們的結果表明陰極生物積垢可能是限制無膜空氣陰極微生物燃料電池模組並聯放大性能的關鍵因素，需要進一步研究以提高放大功率效率。（環工所于昌平教授提供）
Fig. 1. 無膜空氣陰極微生物燃料電池模組示意圖。
Fig. 2. 功率輸出表現。(A)功率密度(十字符號)與極化曲線(空心符號)與(B)陰極極化曲線(點狀符號)與陽極極化曲線(實心符號)於並聯1個電池單元(黑色圓型)，2個電池單元(紅色三角形)，4個電池單元(藍色方形)與8個電池單元(綠色鑽石形)的情況。