能源短缺和环境污染是当今世界面临的两大难题,寻找可再生能源是解决问题的必然选择。微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物分解废水和其他有机质产生电能的装置。由于原料来源广泛、清洁无污染、成本低等优点,MFC有很好的应用前景。海底微生物燃料电池(BMFC)是MFC的一种类型,其阳极在海底沉积层中,阴极在海水中。海泥中的微生物产生电子由阳极通过外电路传到阴极,电子和阴极处的氧气、氢离子发生还原反应,形成回路产生电流。海底沉积物中含有丰富的有机质,海水中溶有的氧气也在不断的补充和更新中,因此BMFC可以给低功率海洋探测仪器提供可持续的电源。但目前BMFC的低输出功率限制了其实际应用,而阳极是限制输出功率的重要因素。阳极改性可以显著提高电池输出功率,为此我们利用聚吡咯/碳纳米管复合材料及二氧化锰/聚吡咯复合材料作为海底微生物燃料电池阳极。从极化、电容、阳极表面与微生物之间的电子传递等方面探究了BMFC输出功率及其他电化学性能的影响因素。本文的主要研究内容和结论如下：(1)以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明：聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66mA/cm2,是未改性的3.6倍。PPy/MWCNTs阳极接触角降低到60°左右,亲水性提高,更加利于细菌的附着。改性电池的最大功率密度为408.8 mW/m2,是未改性电池的5倍多,电池整体性能明显提高。循环伏安测试表明改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。本文还提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。(2)以一水合硫酸锰和吡咯为主要原料,高锰酸钾和氯化高铁为氧化剂,采用化学原位法合成MnO2/PPy复合材料。利用扫描电子显微镜、红外光谱测试了其表面形貌和性质,结果显示MnO2/PPy复合材料为无固定形状。通过循环伏安、线性扫描伏安测试表明,MnO2/PPy复合材料具有典型的电容特征,电容较未改性电极提高了3.1倍,是PPy电极的2.5倍。改性复合阳极接触角减低至46°,电池内阻降低到300Ω,减小了电子的传递阻力。电极和电池的电化学测试表明,MnO2/PPy改性电池最大功率密度达到592.7 mW/m2,是未改性的2.2倍。文中推测了MnO2/PPy的合成机理,分析了复合材料对BMFC性能的影响。