双室直接葡萄糖碱性膜燃料电池产电性能研究

发布时间：2017-11-11 02:01

  本文关键词：双室直接葡萄糖碱性膜燃料电池产电性能研究

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【摘要】：葡萄糖是一种在世界上含量相当丰富的生物质,由于其具有低成本、无毒性、容易获取和储存、便于运输和环境友好等特点,近些年来被广泛的用于各种燃料电池的原料。在前期工作中,以泡沫镍为阳极材料,以甲基紫精为电子传递体,构建了一种单室的葡萄糖碱性碱料电池。这种电池虽然性能较好,但仍存在两个问题:一是游离的甲基紫精不能重复利用,使得电池运行成本较高;二是甲基紫精具有一定的毒性,排放到环境中会产生生态风险。在本论文工作中,利用阴离子交换膜,构建了一种双室型碱性燃料电池。使用泡沫镍作为电池阳极,空气扩散阴极作为阴极,阴极室和阳极室之间由一层阴离子交换膜隔开。以葡萄糖为底物,甲基紫精(MV)作为电子传递体,在碱性的电解质中研究了葡糖糖、甲基紫精(MV)、KOH浓度和环境温度等因素对电池功率密度的影响。结果表明,在室温条件下,当葡萄糖、KOH、甲基紫精(MV)的浓度分别为1 M、3 M、15 mM时,电池的最大功率密度可以达到5.20 W/m2。且在适当范围内,随着葡萄糖、KOH、甲基紫精浓度和温度的提高,电池的功率密度也会得到提升。电池的氧化还原产物是一些小分子的有机酸。在此研究的基础上,论文进一步改进了阳极,对甲基紫精固定化,制备了一种甲基紫精修饰的泡沫镍阳极(MV-Ni),进而实现了甲基紫精的循环利用。MV-Ni阳极的使用既降低了电池运行成本,也避免了甲基紫精排放对环境的危害。论文同时也检测了MV-Ni阳极在不同浓度KOH中的稳定性,并研究了MV-Ni阳极中甲基紫精浓度不同对电池性能的影响。结果表明,将该阳极运用于双室的碱性燃料电池,极大地提高了电池性能。在1 M葡萄糖和3 M KOH的条件下,当阳极中甲基紫精和活性炭的质量比为3:1时,电池的功率密度可以达到24.16 W/m2。通过电池的放电曲线测试,发现该种阳极不仅可以提高电池的持久性,而且还使得电池的质量比容量得到了极大地提高。且该MV-Ni阳极表现出良好的重现性与稳定性。最后,用高效液相色谱表征了葡萄糖的氧化还原产物。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4

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本文编号：1169294