微生物燃料电池（MFCs）提供了从可生物降解的、复原的化合物中维持能量产生的新时机。MFCs能够应用不同的碳水化合物，同时也能够应用废水中含有的各种复杂物质。关于它所触及的能量代谢过程，以及细菌应用阳极作为电子受体的实质，目前都只要极端有限的信息；还没有树立关于其中电子传送机制的明晰理论。假使要优化并完好的开展MFCs的产能理论，这些学问都是必需的。根据MFC工作的参数，细菌运用着不同的代谢通路。这也决议了如何选择特定的微生物及其对应的不同的性能。在此，我们将讨论细菌是如何运用阳极作为电子传送的受体，以及它们产能输出的才能。对MFC技术的评价是在与目前其它的产能途径比拟下作出的。
微生物燃料电池并不是新兴的东西，应用微生物作为电池中的催化剂这一概念从上个世纪70年代就已存在，并且运用微生物燃料电池处置家庭污水的想象也于1991年完成。但是，经过提升能量输出的微生物燃料电池则是重生的，为这一事物的实践应用提供了可能的时机。
MFCs将能够被生物降解的物质中可应用的能量直接转化成为电能。要到达这一目的，只需求使细菌从应用它的自然电子传送受体，例如氧或者氮，转化为应用不溶性的受体，比方MFC的阳极。这一转换能够经过运用膜联组分或者可溶性电子穿越体来完成。然后电子经由一个电阻器流向阴极，在那里电子受体被复原。与厌氧性消化作用相比，MFC能产生电流，并且生成了以二氧化碳为主的废气。
与现有的其它应用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功用上的优势。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的一切生物能处置，MFCs在常温，以至是低温的环境条件下都可以有效运作。第三，MFC不需求停止废气处置，由于它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，普通条件下不具有可再应用的能量。第四，MFCs不需求能量输入，由于仅需通风就能够被动的补充阴极气体。第五，在缺乏电力根底设备的部分地域，MFCs具有普遍应用的潜力，同时也扩展了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。
微生物燃料电池中的代谢
为了权衡细菌的发电才能，控制微生物电子和质子流的代谢途径必需要肯定下来。除去底物的影响之外，电池阳极的势能也将决议细菌的代谢。增加MFC的电流会降低阳极电势，招致细菌将电子传送给更具复原性的复合物。因而阳极电势将决议细菌最终电子穿越的氧化复原电势，同时也决议了代谢的类型。依据阳极势能的不同可以辨别一些不同的代谢途径：高氧化复原氧化代谢，中氧化复原到低氧化复原的代谢，以及发酵。因而，目前报道过的MFCs中的生物从好氧型、兼性厌氧型到严厉厌氧型的都有散布。
在高阳极电势的状况下，细菌在氧化代谢时可以运用呼吸链。电子及其相随同的质子传送需求经过NADH脱氢酶、泛醌、辅酶Q或细胞色素。Kim等研讨了这条通路的应用状况。他们察看到MFC中电流的产生可以被多种电子呼吸链的抑止剂所阻断。在他们所运用的MFC中，电子传送系统应用NADH脱氢酶，Fe/S（铁/硫）蛋白以及醌作为电子载体，而不运用电子传送链的2号位点或者末端氧化酶。通常察看到，在MFCs的传送过程中需求应用氧化磷酸化作用，招致其能量转化效率高达65%。常见的实例包括假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），微肠球菌（Enterococcus faecium）以及Rhodoferax ferrireducens。
假如存在其它可替代的电子受体，如硫酸盐，会招致阳极电势降低，电子则易于堆积在这些组分上。当运用厌氧淤泥作为接种体时，能够反复性的察看到沼气的产生，提示在这种状况下细菌并未运用阳极。假如没有硫酸盐、硝酸盐或者其它电子受体的存在，假如阳极持续维持低电势则发酵就成为此时的主要代谢过程。例如，在葡萄糖的发酵过程中，触及到的可能的反响是：C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2 或 6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它标明，从理论上说，六碳底物中最多有三分之一的电子可以用来产生电流，而其它三分之二的电子则保管在产生的发酵产物中，如乙酸和丁酸盐。总电子量的三分之一用来发电的缘由在于氢化酶的性质，它通常运用这些电子产生氢气，氢化酶普通位于膜的外表以便于与膜外的可活动的电子穿越体相接触，或者直接接触在电极上。同反复察看到的现象分歧，这一代谢类型也预示着高的乙酸和丁酸盐的产生。一些已知的制造发酵产物的微生物分属于以下几类：梭菌属（Clostridium），产碱菌（Alcaligenes），肠球菌（Enterococcus），都曾经从MFCs中别离出来。此外，在独立发酵实验中，察看到在无氧条件下MFC富集培育时，有丰厚的氢气产生，这一现象也进一步的支持和考证这一通路。
发酵的产物，如乙酸，在低阳极电势的状况下也可以被诸如泥菌属等厌氧菌氧化，它们可以在MFC的环境中攫取乙酸中的电子。
代谢途径的差别与已观测到的氧化复原电势的数据一同，为我们一窥微生物电动力学提供了一个深化的窗口。一个在外部电阻很低的状况下运转的MFC，在刚开端在生物量积聚时期只产生很低的电流，因而具有高的阳极电势（即低的MFC电池电势）。这是关于兼性好氧菌和厌氧菌的选择的结果。经过培育生长，它的代谢转换率，表现为电流程度，将升高。所产生的这种适中的阳极电势程度将有利于那些顺应低氧化的兼性厌氧微生物生长。但是此时，专性厌氧型微生物依然会遭到阳极仓内存在的氧化电势，同时也可能遭到跨膜浸透过来的氧气影响，而处于生长受抑的状态。假如外部运用高电阻时，阳极电势将会变低，以至只维持微小的电流程度。在那种状况下，将只能选择顺应低氧化的兼性厌氧微生物以及专性厌氧微生物，使对细菌品种的选择的可能性被局限了。
MFC中的阳极电子传送机制
电子向电极的传送需求一个物理性的传送系统以完成电池外部的电子转移。这一目的既能够经过运用可溶性的电子穿越体，也能够经过膜分离的电子穿越复合体。
氧化性的、膜分离的电子传送被以为是经过组成呼吸链的复合体完成的。已知细菌应用这一通路的例子有Geobacter metallireducens 、嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）以及Rhodoferax ferrireducens。决议一个组分能否能发挥相似电子门控通道的主要请求在于，它的原子空间构造相位的易接近性（即物理上能与电子供体和受体发作互相作用）。门控的势能与阳极的上下关系则将决议实践上能否可以运用这一门控（电子不能传送给一个更复原的电极）。
