聚苯胺改性阳极海底微生物燃料电池及电池性能分析
发布时间：2020-11-11 19:12
海底微生物燃料电池(Benthonic microbial fuel cell,BMFC)利用海底沉积泥中的微生物降解有机物来获得电能,具有底物丰富,长期运行,维护成本低,环境友好等特点,具有很好的研究价值和广阔的发展前景。目前,海底微生物燃料电池不能得到广泛地实际应用,主要是由于其低的功率密度输出和长期运行的不稳定性,其中阳极是限制其功率密度输出的主要因素之一。在本论文研究中,比较了不同阳极材料和预处理方法以及阴阳极面积比分别对BMFC性能的影响。由实验结果得出,选用碳毡作为阳极材料,电池性能最稳定;阴阳极电极最佳面积比为1:1;1 mol/L氨水浸泡处理碳毡阳极时,BMFC最大开路电压值最高,为0.76 V。为了提高阳极的性能,本论文探究了恒电位合成聚苯胺修饰阳极不同后处理对电池性能影响;不同电化学合成法制备聚苯胺修饰阳极对电池性能影响;聚苯胺分别与铁化合物、锰化合物的复合物修饰阳极对BMFC性能的影响。研究结果表明,氨水后处理PANI修饰的阳极提高电池性能的效果最好,最大输出功率达5.58 m W/m2;脉冲电位法合成聚苯胺修饰阳极的电池输出功率密度最大,为9.93 m W/m2;聚苯胺与铁化合物的复合物修饰阳极能够更好的提高电池性能,最大输出功率密度达17.51 m W/m2,是空白对照组的8.11倍。由于泡沫镍具有耐碱性以及好的电催化活性,因此本论文利用泡沫镍作为阳极材料,探究了PANI以及PANI-Mn修饰泡沫镍阳极在BMFC中的应用。实验结果表明,PANI对泡沫镍阳极的修饰不会对泡沫镍本身的电极活性产生影响,在提高电池运行稳定性的同时也提高了最大输出功率密度,达34.53 m W/m2。BMFC在外接负载条件下,PANI-Mn修饰泡沫镍阳极BMFC的平均电流密度以及平均功率密度输出最高,分别为38.0 m A/m2和6.69 m W/m2,是PANI修饰泡沫镍阳极BMFC的1.1倍和1.2倍,提高了BMFC的电能输出。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TM911.45
【部分图文】：
图 1-1 海底微生物燃料电池结构图[8] 年，Schindler 等[11]用铂电极跟参比电极测试近海底泥不同深度下实了近海沉积泥在氧化还原作用下可产生电势的潜能。Mark E.N构建 BMFC 装置应用于实海环境中，实现了从海底沉积泥中获取的，图 1-2 为其 BMFC 实验装置图。Leonard M. Tender 等[13]通过置并将其运行在实海环境中，为气象浮标供电，证明 BMFC 可以的供电装置，图 1-3 为其构建的 BMFC 实验装置图。Chadwick 等
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文、潮汐周期、压力变化、水流变化、盐度和电导率以及溶解氧的变化）可以很易地影响微生物生理并最终影响 BMFC 的性能，例如 Nielsen 等[15]观察到电流荡的频率与潮汐抽水的频率是一致的，涨潮到退潮海水导电性的变化使得MFC 的总电阻减少了 100 Ω。Donovan 等[16]开发了一个电源管理系统，在此系中 BMFC 不需要损耗阳极就可以提供充足的电能，即通过使用电容存储电荷、压比较器和直流电-直流电转换器（DC-DC 转换器）把电压增高到 3.3 V（可为大多数固态装置提供充足的电能）。Seok Won Hong 等[17]探究了沉积型 MFC电性能影响因素，研究结果发现，电池的外接负载、阴极液中的溶解氧含量等会影响 MFC 的产电量。Reimers C E 等[18]利用海水与底泥界面沉积泥应用于海 BMFC，产生 0.7 V 开路电压，最大功率密度达 1.2 W/m2。An J 等[19]利用水中沉积泥作为阳极泥，研究了阳极泥下深度从 2 cm 到 10 cm 变化时对电池性影响，结果发现：BMFC 的阳极泥下深度越大，电池的最大输出功率密度会增，但是相应的电池的内阻也越大，因此电池的内阻能量消耗会增大。
图 1-3 BMFC 实验装置图[13]究的深入，研究者们对微生物产电的机理及电子传递微生从电子供体（燃料）到电子受体（氧化剂）的能量流动是系的驱动力。当最终电子受体可溶并可以透过细胞膜时，而固相化合物（如铁、锰氧化物，或大分子化合物如腐殖时，细胞需要通过胞外电子传递获得能量。在异化金属还程中，首先对与细胞膜结合的电活性化合物与电活性表面行研究。已经证明氧化还原活性蛋白，如细胞色素 c 和铁胞外膜上并作为直接的电子穿梭通道将电子运输到固相电递链中，这些蛋白质的调节和集结已经在希瓦氏菌和地杆Myers 等[20-22]对胞外电子传递到金属化合物涉及的希瓦氏次探索，研究表明，通过一种特殊的细胞色素 c 使胞外电这种细胞色素 c 将电子从醌池传递到其他十亚铁血红素细地杆菌的胞外电子传递机制的研究采用的是对希瓦氏菌研liger 等[23]最初的研究说明硫还原地杆菌在厌氧呼吸时细胞
【参考文献】
本文编号：2879615
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TM911.45
【部分图文】：
图 1-1 海底微生物燃料电池结构图[8] 年，Schindler 等[11]用铂电极跟参比电极测试近海底泥不同深度下实了近海沉积泥在氧化还原作用下可产生电势的潜能。Mark E.N构建 BMFC 装置应用于实海环境中，实现了从海底沉积泥中获取的，图 1-2 为其 BMFC 实验装置图。Leonard M. Tender 等[13]通过置并将其运行在实海环境中，为气象浮标供电，证明 BMFC 可以的供电装置，图 1-3 为其构建的 BMFC 实验装置图。Chadwick 等
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文、潮汐周期、压力变化、水流变化、盐度和电导率以及溶解氧的变化）可以很易地影响微生物生理并最终影响 BMFC 的性能，例如 Nielsen 等[15]观察到电流荡的频率与潮汐抽水的频率是一致的，涨潮到退潮海水导电性的变化使得MFC 的总电阻减少了 100 Ω。Donovan 等[16]开发了一个电源管理系统，在此系中 BMFC 不需要损耗阳极就可以提供充足的电能，即通过使用电容存储电荷、压比较器和直流电-直流电转换器（DC-DC 转换器）把电压增高到 3.3 V（可为大多数固态装置提供充足的电能）。Seok Won Hong 等[17]探究了沉积型 MFC电性能影响因素，研究结果发现，电池的外接负载、阴极液中的溶解氧含量等会影响 MFC 的产电量。Reimers C E 等[18]利用海水与底泥界面沉积泥应用于海 BMFC，产生 0.7 V 开路电压，最大功率密度达 1.2 W/m2。An J 等[19]利用水中沉积泥作为阳极泥，研究了阳极泥下深度从 2 cm 到 10 cm 变化时对电池性影响，结果发现：BMFC 的阳极泥下深度越大，电池的最大输出功率密度会增，但是相应的电池的内阻也越大，因此电池的内阻能量消耗会增大。
图 1-3 BMFC 实验装置图[13]究的深入，研究者们对微生物产电的机理及电子传递微生从电子供体（燃料）到电子受体（氧化剂）的能量流动是系的驱动力。当最终电子受体可溶并可以透过细胞膜时，而固相化合物（如铁、锰氧化物，或大分子化合物如腐殖时，细胞需要通过胞外电子传递获得能量。在异化金属还程中，首先对与细胞膜结合的电活性化合物与电活性表面行研究。已经证明氧化还原活性蛋白，如细胞色素 c 和铁胞外膜上并作为直接的电子穿梭通道将电子运输到固相电递链中，这些蛋白质的调节和集结已经在希瓦氏菌和地杆Myers 等[20-22]对胞外电子传递到金属化合物涉及的希瓦氏次探索，研究表明，通过一种特殊的细胞色素 c 使胞外电这种细胞色素 c 将电子从醌池传递到其他十亚铁血红素细地杆菌的胞外电子传递机制的研究采用的是对希瓦氏菌研liger 等[23]最初的研究说明硫还原地杆菌在厌氧呼吸时细胞
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 李魁忠;付玉彬;徐谦;赵仲凯;刘佳;;海底微生物燃料电池阳极锰盐改性及产电性能研究[J];材料开发与应用;2011年03期
本文编号：2879615
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2879615.html
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