簡易微生物燃料電池製作（The Simple Microbial Fuel Cell)

簡易微生物燃料電池製作（The Simple Microbial Fuel Cell)
國立台中第一高級中學化學科薛朋雨老師編輯∕國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

微生物燃料電池（Microbial fuel cell，MFC），是一種利用微生物為催化劑，可轉換生物基質（bioconvertible substrate）將其分解並直接產生電流的裝置，如下圖所示

陽極半電池中包含微生物（選用食用酵母）、葡萄糖（微生物食物來源，food substrate）、亞甲基藍（電子傳遞者，electron mediator）；陰極半電池中包含還原劑（赤血鹽）。產生電能的機制由微生物分解葡萄糖時，釋放出電子，這些電子還原NAD⁺，將能量儲存於NADH，在經由NADH去氫酶傳遞一系列的膜蛋白－電子傳遞鏈（electron transport chain），由於電子傳遞鏈的位置在細胞膜上，膜上若有肽鏈或肽聚醣等不導電物質，會阻礙電子在細胞膜上的傳遞，因此亞甲藍則輔助電子由細胞膜傳遞至碳極，經外電路流到陰極還原劑（赤血鹽），因此部分文獻中，認為微生物在此反應中所扮演的角色為催化劑，將養分（葡萄糖）的化學能轉變成電能。

反應方程式如下：

陽極：

＊電子傳遞步驟

＊膜表面：

＊（2）、（3）為循環步驟

＊陽極盡量控制在無氧狀態下，否則進行氧氣得電子反應，則電子無法經由外電路至陰極，影響電壓值。

※電子傳遞鏈：以能量的觀點，NADH位於最高位能，釋出氫離子和電子並還原一個膜蛋白，且釋放能量；接著這些膜蛋白再將電子與氫離子傳遞至下一個膜蛋白，同時再釋放出能量，經由一系列膜蛋白的傳遞後，亞甲藍擔任電子的傳遞者，將電子傳遞至碳棒。

實驗裝置：

陽極（－）（透析袋）：酵母＋葡萄糖＋甲基藍（Mediator）

陰極（＋）：Fe(CN)₆^3－

電解質：磷酸鹽緩衝液

參考資料
1.www.ncbe.reading.ac.uk
2.第四十七屆中小學科展,微生物電力公司—微生物燃料電池之變因探討
3.http://www.ucl.ac.uk/~ucbplrd/sparks_middle.htm