磷酸化糖类燃料电池的构建及性能研究

发布时间：2021-11-16 04:06

　　煤炭、石油等化石燃料具有不可持续性,其使用已经导致了严重的环境问题和气候问题,因此开发环境友好型可再生能源是解决以上问题的有效手段。燃料电池是一种可以将燃料中的化学能直接转换成电能的电化学反应装置,因其具有无污染、转换效率高、无噪声等优势而受到世界各国科研人员的关注。糖类是生物质中储量最多的一类,将其氧化产电是获取其中能量的一种有效方法。近年来,以葡萄糖为代表的糖类燃料电池开始蓬勃发展,如何提高燃料电池工作效率是电池商业化生产的一大难题,糖类燃料电池放电效率和氧化程度是影响糖类燃料电池向前发展的重要因素。可以通过加热燃料或采用高效、稳定的催化剂材料等方法促进燃料氧化提高糖类物质的氧化程度,从而提高糖类燃料电池的性能。本文借鉴生物糖代谢磷酸化过程,将甘油、葡萄糖分别与磷酸混合加热,得到磷酸化燃料并将其用作电池燃料。首先以Pt/C作为阳极、MnO2作为空气阴极材料构建糖类燃料电池反应装置,初步探索磷酸对甘油和葡萄糖磷酸化的可行性,分析了甘油氧化产物、电池性能和磷酸化葡萄糖燃料电池性能。另外合成了 CeO2电极材料用作阳极催化剂,探究它对甘油和葡萄糖的氧化性能及磷酸化葡萄糖燃料电池的性能。磷... 

【文章来源】：扬州大学江苏省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１氢氧燃料电池原理示意图网??

广?２０“?Ｈ＊?＋?４ｅ?－??＾?２?Ｈ２〇?Ｎ??０２??图１－１氢氧燃料电池原理示意图网??Ｆｉｇｕｒｅ?Ｍ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｘｙｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ网．??从氢氧燃料电池示意图（图１－１）中可以看出燃料电池是由阳极、阴极、电解质和外部电??路四部分组成。图１－２是氢氧燃料电池装置的结构单元，该装置在能量转化过程中，可以??直接将燃料的化学能通过氧化还原反应转化为电能而不经过中间做功的过程，因此燃料的??转化率高，不会排放大量污染物。因此，燃料电池被认为是当今社会发展可替代化石能源??的新型装置，是实现能源可持续发展的新型能源技术。??

模使用的条件，目前被广泛应用于电池中的生物质燃料有葡萄糖、纤维素等。目前直接葡??萄糖燃料电池主要在碱性条件下发生电化学反应（见式１－１，１－２），葡萄糖碱性燃料电池反??应如下图１－４所示。??Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｃｉｉｉｒｅｎｔ??一?ｅ?，０Ｈ￣?ｅ＿??—Ｉ?—??Ｊｉ＇?ｅ－??〇Ｈ．??ＨＡ?（：纪」｜?ｅ．?ｅ．??ａｎｄ?ｈｅａｔ?ｏｕｔ?￣??＜－Ｔｉｇｇｇｉａ?／?个?＼?？??ａｎｏｄｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｈｌｅ?ｃａｔｈｏｄｅ??图１－４直接碱性葡萄糖燃料电池示意图％??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｉｒｅｃｔ?ａｌｋａｌｉｎｅ?ｇｌｕｃｏｓｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ１９４１．??阳极反应：Ｃ６Ｈ１２０６?＋?３６?０Ｈ－?—６Ｃ０３２－?＋?２４Ｈ２０＋?２４ｅ－?１－１??阴极反应：６?０２?＋?２４ｅ－?＋?１２Ｈ２０?—２４?０Ｈ－?１－２??总反应：Ｃ６Ｈ１２０６?＋?６?０２?＋?１２?０Ｈ－?—６Ｃ０３２－?＋?１２?Ｈ２０?１－３??图１－４显示了直接碱性无膜葡萄糖燃料电池在两极的化学反应，该体系中葡萄糖是被??氧化的燃料，氧气是被还原的物质，二者形成葡萄糖－空气燃料电池体系。在化学反应进程??中催化剂的稳定性和催化性能对电池性能起到至关重要的作用【（！９】。??研究己经实现了将葡萄糖中２４个电子有效地输送到燃料电池电极表面，使葡萄糖储??存的能量直接转换为电能。近几年来各种贵金属催化剂和金属合金复合材料用于葡萄糖燃??料氧化但是三个主要的问题阻碍了它的发展：（１）燃料的不完全氧化限制了整体发??电量


本文编号：3498116