活性炭在微生物燃料电池及H 2 O 2 燃料电池中应用性能研究

发布时间：2021-10-05 10:47

　　燃料电池是一种能将反应物中的化学能直接转变成电能的发电装置,其能量转换效率高而且发电过程中的排放很小,被认为是最有希望代替化石燃料的新型清洁能源。在目前研究的燃料电池中,微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物作为阳极催化剂,通过氧化分解有机底物产生电能的新型装置,其最大的特点就是可以利用一些复杂的有机物甚至是废水中的污染物质进行工作,可同时实现发电和处理废水两种操作,有着十分广阔的应用前景。而过氧化氢燃料电池则是另一种对环境友好的新型燃料电池,这种电池利用过氧化氢作为燃料,在运行过程中不产生任何有害排放,而且不需要额外添加氧化剂,可以应用于很多领域。目前影响这两种电池走向实际应用的最大阻碍就是催化剂的选择,现在人们已经发现一些廉价易得的碳材料在做为催化剂时有很好的效果,为其走向实际应用奠定了良好的基础。本论文研究了以活性炭为阴极催化剂的MFC在长期运行过程中性能会逐渐下降的原因,并发现可以用简单的方法恢复阴极的性能,探讨了活性炭的性质对MFC性能的影响,另外还发现了活性炭对过氧化氢的电氧化及电还原都有很好的催化性能并在此基础上成功构建了活性炭电极过氧化氢燃料电池。1.活性炭的结构性质... 

【文章来源】：扬州大学江苏省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１微生物燃料电池工作原理??

?王锋：活性炭在微生物燃料电池及Ｈ２０２燃料电池中应用性能研宄?５??１．２．５．１金属催化剂??在ＭＦＣ中，第一类常见的催化剂为金属催化剂，其中以金属铂（Ｐｔ）为代表。Ｐｔ具??有非常优秀的催化性能，不仅在微生物燃料电池中，在氢氧燃料电池、甲醇燃料电池及??其他领域都是一种优秀的催化剂。不过Ｐｔ的价格昂贵，在使用时会使得电池的运行成本??大大增加，因此在使用时人们使用各种办法希望在不损失性能的前提下减少催化剂的用??量。２００５年，Ｌｏｇａｎ等人以碳纸为阳极，以碳纸负载的Ｐｔ／Ｃ?（０．３５ｍｇ＿ｃｎｒ２，?１０％Ｐｔ）及??Ｐｔ／Ｒｕ（０．５０ｍｇ＇ｃｍ－２，?１：１）为阴极构建了双室ＭＦＣ，结果发现负载了?Ｐｔ的阴极性能比纯??碳纸相比，性能提升接近一个数量级２００７年，Ｐａｒｋ等人使用电化学沉积和电子束蒸??涂两种方法制作了碳纸负载的Ｐｔ阴极，与纯的碳纸相比ＭＦＣ性能的提升也十分显著图??［４５］。除了使用负载沉积的方法之外，将Ｐｔ与其他非贵金属如：Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ［４６４７］等制??成合金也是一种提高Ｐｔ的利用率，降低运行成本的有效方法。２０１１年，Ｚｈａｎｇ等人使用??化学还原法将Ｐｔ与Ｆｅ以合金的形式负载到碳粉上并将其作为ＭＦＣ阴极催化剂，构建的??ＭＦＣ最大输出功率达到１０９７．６?±?５１．２?ｎｉＷ．ｍ－２，比未复合的催化剂性能提高６．５％＿。??

化学还原法将Ｐｔ与Ｆｅ以合金的形式负载到碳粉上并将其作为ＭＦＣ阴极催化剂，构建的??ＭＦＣ最大输出功率达到１０９７．６?±?５１．２?ｎｉＷ．ｍ－２，比未复合的催化剂性能提高６．５％＿。??图１－２左：双室ＭＦＣ实物图；右：不同阴极ＭＦＣ输出功率对比［Ｍ】????ｂ，４〇〇１???窆?０２?制－？￣Ｃ＾．Ｆ＊｛ｃ？ｈ〇ｄ＃ｌ?Ｉ?１０００??Ｉ！??Ｇ３?＾ｓＸ—Ｚ—，???????，——，——Ｉ?〇４?????ｓ???．???１???０?０．０５?０．１?０．ｔ５?０．２?０．２５?０．３?０．３５?０４?０?０．０５?０．１?０．１５?０＾?０．２５?０．３?０?３５?０?４??Ｃｕｒｒｅｎｔ?（Ｊｅｎｓｉｔｖ?（ｍＡ／ｃｍ２）?Ｃｕｒｒｅｎｌ?ｄｅｎｓｉｔｙ?（ｒｎＡ／ｃｒｎ＾）??图１－３碳粉负载不同催化剂阴极构建的ＭＦＣ性能对比ＭＩ??不过，虽然与Ｐｔ形成合金可以有效提高催化剂的利用率并且还能提高催化剂的性??

【参考文献】：
期刊论文
[1]表面改性炭材料在微生物燃料电池中的应用(英)[J]. 杨改秀,孙永明,袁振宏,吕鹏梅,孔晓英,李连华,陈冠益,陆天虹.  催化学报. 2014(05)
[2]微生物燃料电池内阻及其影响因素分析[J]. 杨芳,李兆华,肖本益.  微生物学通报. 2011(07)
[3]不同底物对微生物燃料电池产电性能的影响[J]. 孔晓英,孙永明,李连华,李东,杨改秀.  农业工程学报. 2011(S1)



本文编号：3419580