平板式连续碳纤维阳极微生物燃料电池的构造及放大研究

发布时间：2021-02-05 23:25

　　微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,MFC）是一种能通过产电微生物的代谢来氧化有机物并产生电子,从而实现化学能转化为电能的技术。MFC具有运行成本低和污水能源化等优势,被认为是一种新型污水处理技术。然而,MFC的低功率输出和难以大型化是此项技术大面积推广应用的阻碍。因此,如何设计兼具高功率密度和容易大型化设计的新MFC构型,是MFC研究和实际应用中面临的重要课题。针对以碳刷和碳毡等材料作为阳极的MFC构型的缺点,以减少阳极微生物载体材料的使用量、降低MFC整体成本和易放大应用的角度考虑,本论文研究设计并制备了一种新构型的单室空气阴极MFC。其阳极采用平状式的连续碳纤维,阴极仍然采用负载有铂碳催化剂的碳布组成,将其组装成容积为30mL的小型MFC。电池启动后,输出电压为0.47V,最大功率密度为4.3mW/g。以碳刷和碳毡作为对照组,通过电化学表征和扫描电子显微镜发现,所用的连续碳纤维阳极的电子传输效率更好,成本更低。而对阴阳极的间距进行优化后（1.5cm）,电池的负载电压上升至0.52V,最大功率密度升至5.8mW/g。对表面惰性高的碳纤维进行碳纳米管改性,使得电池... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 微生物燃料电池简介
        1.2.1 微生物燃料电池的历史
        1.2.2 微生物燃料电池的结构及原理
    1.3 微生物燃料电池阳极材料的研究
    1.4 微生物燃料电池的现有构型
        1.4.1 微型构型
        1.4.2 放大构型
    1.5 微生物燃料电池的应用
    1.6 本文的主要研究内容
        1.6.1 研究的目的和意义
        1.6.2 研究的主要内容
第二章 实验材料与方法
    2.1 实验仪器与化学试剂
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 实验药品与材料
    2.2 电池结构
        2.2.1 小型电池
        2.2.2 中型电池构型
    2.3 电极制备与预处理
        2.3.1 阳极材料的选择与处理
        2.3.2 阴极材料的选择与处理
    2.4 测试方法
第三章 不同阳极结构对MFC的性能的影响
    3.1 引言
    3.2 不同阳极构造对MFC的影响
        3.2.1 阳极结构设计
        3.2.2 CF-MFC的能量输出性能
    3.3 电池间距对产电性能的影响
    3.4 阳极修饰对产电能力的影响
    3.5 本章小结
第四章 中型平板式MFC的构建与运行
    4.1 引言
    4.2 反应器构型与性能
        4.2.1 反应器的结构设计
        4.2.2 反应器的能量输出
    4.3 沥青基碳纤维与聚丙烯腈基碳纤维对电池性能的影响
        4.3.1 Pitch基碳纤维和PAN基碳纤维的物理性质
        4.3.2 电池运行和电能输出
        4.3.3 电流中断法
        4.3.4 电化学阻抗谱法
        4.3.5 微生物生长情况
    4.5 小结
第五章 中型MFC串联的研究
    5.1 引言
    5.2 S-MFC串联结构和电池启动
    5.3 SC-S-CF-PAN-MFC电能产出
    5.4 中型MFC的功率密度
    5.5 本章小结
第六章 结论
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
科研成果及发表的学术论文
作者简介
导师简介
附件



本文编号：3019756