《表2 以木质素或木质纤维素为原料的燃料电池功率密度》

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《木质素能源转化的研究进展》

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然而，利用木质素产电通常需要一些外部处理。例如，固体氧化物电池需要将木质素气化生成合成气[71]；直接碳燃料电池需先将木质素炭化成生物炭或者与活性炭混合[72]。这些处理过程不仅使过程变得复杂，且降低了能量效率[73]。此外，这两种燃料电池需要高的操作温度。对于微生物燃料电池，则需要先将木质素降解为小分子酚类化合物。然后微生物将降解产物作为碳源加以利用，并在低温下产电[74]。但微生物燃料电池的功率密度低，所报道的值一般低于0.0017mW·cm-2。Liu等[75]开发了新型的液相催化燃料电池（LCFCs），将传统的气-固-表面非均相反应转变为液相催化反应。该燃料电池可利用大多数未经处理的生物质直接产电。该电池以杂多酸作为电子载体和光催化剂，开发了可以将生物质直接转化为电能的直接生物质燃料电池，获得的功率密度为0.72mW·cm-2[76]。本文作者利用这种以杂多酸介导的直接生物质燃料电池实现了温和条件下木质素的直接电能转化（图4）[77]。该电池利用杂多酸作为阳极的电子载体，在温和条件下将电子从木质纤维素（主要是木质素）传递给廉价的氧化剂（空气）。在整个过程中杂多酸的氧化再生是“放电”过程，且该电池的功率密度约为直接以酚类化合物为燃料的微生物燃料电池功率密度的5000～6000倍。表2比较了不同燃料电池以木质素或木质纤维素为原料的功率密度。然而，直接木质素燃料电池的研究还处于起步阶段。木质素直接电能转化虽然具有较高的理论回收率，但仍然需要从基础原理、电池设计、过程放大、系统集成等方面来进一步解析和优化。