Navigating the developments of air-cathode catalysts for efficient and sustainable bio-energy production from wastewater in microbial fuel cells

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2024.216019

  微生物燃料电池（MFCs）作为可持续能源生产中具有潜力的变革者，利用细菌的代谢活动将有机废物转化为电能。然而，MFCs 的性能取决于阳极和阴极之间微妙的相互作用。鉴于阴极是功率损失的主要部位，对其进行改进变得至关重要。本综述仔细研究了空气阴极的组成和结构的复杂世界，以及氧还原反应（ORR）催化剂的演变和作用。它详细阐述了从碳基到金属基底的转变，其中不锈钢网作为阴极的首选材料出现，并强调了粘合剂在阴极组装中的不可或缺的作用。论述还延伸到催化剂在加速 ORR 中的关键作用，评估了从高性能但成本高昂的铂向更经济的替代品的转变。突出了各种催化剂的性能，包括金属整体式、合金、金属氧化物/氧化物类似物、大环金属配合物和单原子催化剂。然而，讨论并不回避承认阴极开发中存在的挑战——耐久性、操作稳定性以及经济和环境影响。尽管空气阴极技术存在许多障碍，但正在进行的研究举措可以预期取得突破，从而加速 MFCs 应用从实验室向实际环境的转变。