微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一种能通过产电微生物的代谢来氧化有机物并产生电子,从而实现化学能转化为电能的技术。MFC具有运行成本低和污水能源化等优势,被认为是一种新型污水处理技术。然而,MFC的低功率输出和难以大型化是此项技术大面积推广应用的阻碍。因此,如何设计兼具高功率密度和容易大型化设计的新MFC构型,是MFC研究和实际应用中面临的重要课题。针对以碳刷和碳毡等材料作为阳极的MFC构型的缺点,以减少阳极微生物载体材料的使用量、降低MFC整体成本和易放大应用的角度考虑,本论文研究设计并制备了一种新构型的单室空气阴极MFC。其阳极采用平状式的连续碳纤维,阴极仍然采用负载有铂碳催化剂的碳布组成,将其组装成容积为30mL的小型MFC。电池启动后,输出电压为0.47V,最大功率密度为4.3mW/g。以碳刷和碳毡作为对照组,通过电化学表征和扫描电子显微镜发现,所用的连续碳纤维阳极的电子传输效率更好,成本更低。而对阴阳极的间距进行优化后(1.5cm),电池的负载电压上升至0.52V,最大功率密度升至5.8mW/g。对表面惰性高的碳纤维进行碳纳米管改性,使得电池的输出电压上升至0.54V,最大功率密度8.3mW/g。之后对小型MFC进行了放大处理,容积增加为320mL,电池运行过程中,电池的输出电压为0.64V,能保持60h以上的0.55V的电压输出。中型MFC的最大功率密度为2.47W/m3,极化曲线拟合得到的内阻值为194Ω。电流中断法和电化学阻抗谱证明,中型MFC 比小型MFC的内阻更小。在此基础上,将两个中型MFC进行串联。在30天内的运行中,电池组在第九天达到了电压稳定期,22天内的平均电压为1.14V,开路电压为1.55V。经过计算,电池组相对单个电池的电压损失率为10%左右。总之,本文所使用的以片状连续碳纤维为阳极的新型平板式MFC表现出了优异的产电性能,并在产生同样电能的情况下,大大减少了阳极碳纤维材料的使用量,降低了高性能MFC的组装成本,提高了放大应用潜力。同时,对该平板式MFC的放大和多电池串联研究表明,该MFC容易放大并能突破单个电池的电压限制,为今后高性能MFC电池工业化放大和发展奠定了一个较好的基础。