基于最佳输出功率的微生物燃料电池电能采集系统的研究

发布时间：2017-08-23 20:07

  本文关键词：基于最佳输出功率的微生物燃料电池电能采集系统的研究

  更多相关文章： 微生物燃料电池 自动控制电路 自动评估电路 能量采集 反馈电路

【摘要】：在能源紧张环境恶化的社会,研究者对任何含有丰厚能源的物质都会相当重视。逐渐消耗的化石燃料和越来越多的环境问题迫使人们去寻找清洁的、无污染的新型能源。生物电化学系统凭借其具有污水处理能力的同时还能够产生电能的双重优点,被认为是一种新型的、有前景的能源技术。迄今为止,绝大多数的生物电化学系统主要集中在实验室里进行研究,主要以微生物燃料电池为研究系统。微生物燃料电池作为典型的生物电化学系统,具有诸多优点,例如原料广泛、产物清洁无污染等等。在实际应用中,单个微生物燃料电池产生的微弱电能是不足以直接让外电路工作的。于是,首先想到的解决方法是将多个微生物燃料电池进行串并联,但是多个微生物燃料电池进行串并联会出现电压或者电流反转现象,这会导致串并联的多个微生物燃料电池的总输出不但没有增加反而变的更低。针对微生物燃料电池产能较低的限制,该毕业论文课题研究的主要内容是微生物燃料电池电能的有效地采集以及设计电池串联反转控制电路消除电压反转现象。本文首先研究微生物燃料电池产电特性,选取最适合微生物燃料电池产电的PH值。然后设计多个微生物燃料电池串联自动控制电路,解决电池串联出现电压反转的现象。设计自动控制评估系统,评估微生物燃料电池性能,选出最适合储存微生物燃料电池能量的超级电容值。然后设计微生物燃料电池的采能电路,并且加上反馈电路,提高采集能量的效率。通过测试设计的电路,结果表明微生物燃料电池在最适合的PH值下能够稳定产能,微生物燃料电池串联的自动控制电路能够有效的消除反转电池对总回路输出的影响,使串联回路保持较高的输出。自动控制评估系统能够选取最适的超级电容值,用于后续的能量采集电路,加反馈的能量采集电路能够有效的提高微生物燃料电池的能量转换效率。
【关键词】：微生物燃料电池 自动控制电路 自动评估电路 能量采集 反馈电路
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.45
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 课题的研究背景9-11
• 1.2 微生物燃料电池的研究现状11-14
• 1.3 课题的研究内容14-16
• 第2章 微生物燃料电池的产电原理及其产电特性研究16-27
• 2.1 微生物燃料电池的基本构成和产电原理16-19
• 2.2 微生物燃料电池的电极材料及其功能19-21
• 2.2.1 阳极材料19-20
• 2.2.2 阴极材料20
• 2.2.3 膜材料20-21
• 2.3 微生物燃料电池的电化学参数分析21-23
• 2.3.1 电池的电压21-22
• 2.3.2 微生物燃料电池的内阻22
• 2.3.3 微生物燃料电池的输出功率22-23
• 2.4 微生物燃料池的性能评价和计算方法23-25
• 2.4.1 电流密度和功率密度23
• 2.4.2 COD去除率23-24
• 2.4.3 库伦效率24-25
• 2.5 微生物燃料电池的特点及趋势25-26
• 2.6 微生物燃料电池的搭建与启动26-27
• 第3章 多个微生物燃料电池串联自动控制电路设计27-34
• 3.1 多个微生物燃料电池串联反转现象的研究现状27-29
• 3.2 微生物燃料电池组串联自动控制电路设计方案29-33
• 3.2.1 自动控制电路设计方案29-31
• 3.2.2 自动控制电路的实现31-33
• 3.3 微生物燃料电池串联自动控制电路印刷电路板的设计33-34
• 第4章 微生物燃料电池性能的评估以及能量的有效采集34-46
• 4.1 微生物燃料电池能量评估的意义34-35
• 4.2 微生物燃料电池性能自动控制评估系统的电路设计35-38
• 4.3 微生物燃料电池性能自动控制评估系统的电路实现38-41
• 4.3.1 微控制器STM32F103的硬件介绍38
• 4.3.2 微控制器STM32F103的软件描述38-40
• 4.3.3 超级电容40
• 4.3.4 开关40-41
• 4.4 微生物燃料电池能量的有效采集41-43
• 4.5 微生物燃料电池能量有效采集的电路设计43-44
• 4.6 微生物燃料电池评估电路和高效能量采集电路印刷电路板的设计44-46
• 第5章 测试结果分析46-61
• 5.1 微生物燃料电池产电特性的测试46-51
• 5.1.1 电池的启动时间46-47
• 5.1.2 电池三个周期电压随时间变化图47-48
• 5.1.3 电池内阻和功率密度曲线48-50
• 5.1.4 COD去除率与库伦效率50-51
• 5.2 两个微生物燃料电池串联自动控制电路设计51-55
• 5.3 微生物燃料电池性能评估测试55-57
• 5.4 单个微生物燃料电池加反馈回路的电能采集的测试结果57-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 课题总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果68

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本文编号：727030