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受限于技术水平，现有的MFC能达到的输出功率与实际应用要求仍存在一定差距。要让MFC实现实际应用面临的首要挑战是确保所用材料和设施可得到最大的电能和库伦效率，与此同时还要降低造价成本并设计可放大的反应器。因此如何在有效提高MFC产电效率的同时又降低系统的基础和运行成本是MFC研究的重要内容。
和常规电池相同，MFC系统主要包括三部分：阳极、阴极和分离膜。其中膜主要用于在双室MFC中分隔阳极和阴极液体，而这会增加反应器内阻降低产电性能，另外膜的使用也会大大增加MFC的成本，例如典型由美国杜邦公司生产制造的质子交换膜Nafion一平方米的价格为1400美元，高成本将严重限制MFC的实际可放大，这是由实际废水处理的MFC规模所决定的。此外，从根本原因上考虑，在MFC里质子是溶解在水中的，因此膜不是必需组成部分。如此一来，我们可先试图把研究重点放在电极的优化上[3]。
阳极作为MFC的重要组成部分，肩负着吸附产电微生物和传导电子的功能，对MFC输出功率起到直接的关键作用。近年来，越来越多的研究者把目光投向了阳极的修饰改性，以此来提升MFC的产电性能。此外，阳极也是探索微生物产电机理与电子传递机理的重要辅助工具，因此对MFC阳极的研究具有十分重要的意义[17]。作为阳极材料的必要条件包括：（1）高导电率并且耐腐蚀以提高电子传递速率，降低内阻（2）高比表面积、高孔隙率、无细菌填充，便于产电菌在表面吸附；(3)廉价易获得，且可应用于实际生产中放大。目前应用于MFC阳极的基底材料主要可分为碳材料和非碳材料两大类。非碳材料如金属等大多因不耐腐蚀而不符合要求，而不锈钢虽然耐腐蚀但产电性能不理想；导电聚合物作为修饰材料更为常见，而直接应用导电聚合物作为阳极的相关研究还很少，Hei-lmann实验室研究表明导电聚合物效果劣于碳材料[18]。碳材料应用最为广泛，主要包括碳纸、碳布、泡沫碳、玻璃碳电极、碳棒、石墨刷、碳网等，其共同特点是比表面积大，空隙率大且具有良好的耐腐蚀性，有利于微生物在阳极表面生长。然而，尽管碳材料以及碳布、碳纸、石墨颗粒和石墨毡由于其化学稳定性、高导电性和高的比表面积更适合做MFC的阳极材料，但是由于材料的空隙易被细菌堵塞导致细胞死亡和电化学反应面积的大幅降低，电极微生物反应的电催化活性也会大幅降低[19]。文献综述
通过对阳极材料进行一定修饰或可大幅提高阳极表面积，降低比电阻进而提高产电功率密度。常见的纳米材料如碳纳米管(CNT)修饰虽然能在一定程度上提高MFC的输出功率，但可能导致微生物生长受到抑制，并含有使细胞致死的毒性[20,21]。2007年，Yan等在大肠杆菌（E.coli）作为微生物催化剂的情况下，采用碳纳米管/聚苯胺复合电极使电池输出功率密度42 mW/m2,和当时已有报道的基于大肠杆菌的MFC相比性能有明显提升，在这里聚苯胺起到了保护微生物和传导电子的关键作用[22]。
导电聚合物有良好的导电性和生物相容性，能够根据需要制备成各种复杂的形状和尺寸，并且具有良好的稳定性，电阻率在较大范围内可调。而聚苯胺作为一种重要的导电聚合物，其制备过程相对简单，电化学可逆性和稳定性好，还可根据要通过掺杂/脱掺杂，质子化作用过程等调节其电化学活性，在这个过程中其氧化中间态翠绿亚胺的形式改变[22]。近年来，聚苯胺掺杂已成为材料化学、电化学等领域热点研究方向之一。2003年，Uwe Schröder Dr. 等用聚苯胺对Pt阳极进行修饰，最高电流密度达到1.5 mA/cm2，虽然该反应机理实质为HMFC（类氢MFC），但这无疑为MFC阳极修饰提供了新思路[23]。随后的几年里，Khilari S等发现用铁酸锰/聚苯胺复合物不仅作为阴极催化剂能有效提高氧还原性能，而且将其修饰在碳布阳极上时能提高阳极电势[24]。Yuan H R等用水热合成法合成多壁二氧化锰/聚吡咯纳米管（NT-MPMs），并用其修饰碳布电极，最大功率密度达32.7 +/- 3 W/cm3，是裸电极的1.3倍[25]。