微生物燃料电池(MFC)具有处理废水的功能同时也是一项新能源技术,现在已经成为研究热点。由于生物阴极MFC构造和运行费用较低,具有更优越的可持续发展性,现在已经引起了很多研究学者的兴趣。本论文主要设计新型升流式管状生物阴极MFC反应器。经过交流阻抗测试,欧姆内阻仅为0.41Ω,说明该反应器设计合理。另外阳极电子转移内阻为1.18Ω,阴极电荷传递内阻13.11Ω,全电池电荷转移内阻14.8Ω,阴极的扩散内阻为0.26Ω。说明生物阴极电池性能阻力在于阴极的电荷转移内阻过大,这也是微生物燃料电池提高反应器功率的瓶颈。在阴极材料研究方面,试采用廉价材料泡沫镍作为阴极材料,首先利用两室MFC系统验证泡沫镍作为阴极材料的可行性。最高输出电流达到1.7mA,最大输出功率密度为4W/m~3。在升流式管状生物阴极MFC反应器中,继续采用泡沫镍作为阴极材料。最高输出电流达到4.5mA,最大输出功率密度2.9W/m~3。为了提高MFC性能,采用电化学方法在泡沫镍表面电镀二氧化锰,最高输出电流可以达到5.5mA。为了更好的优化阴极材料,接下来在泡沫镍表面涂抹PTFE和碳粉,反应器输出电流值达到6.5mA。试采用活性炭颗粒作为生物阴极MFC的阴极材料,考察了进水浓度和阳极回流比度对MFC性能的影响。经过反应器优化,输出电流从最初的30mA增长到50mA。最高功率密度可达17W/m~3。