自供给微生物燃料电池的构建及其产电性能研究

发布时间：2021-11-09 13:56

　　微生物燃料电池（Microbial fuel cell,MFC）是利用电活性微生物的新陈代谢氧化有机物将化学能转化为电能的一种新型能源技术,在污水处理和资源回收方面具有广阔应用前景。然而,由于性能低、成本高等问题,MFC应用于大规模污水处理还受到很大的限制。小型MFC作为一种新型、轻便式能源装置在一些特殊场合具有实际应用潜能,如微生物传感器等。然而,小型MFC的实际应用还面临着以下问题:（1）需要使用附加设备（如蠕动泵）来实现电解质溶液的连续供给,不仅不便于携带,而且需要外加能量;（2）通常使用液态电解质,在移动过程中,阳极上的电活性微生物受到电解质溶液产生的水力扰动,容易脱落从而对MFC的性能稳定造成影响。为了解决上述问题,受植物蒸腾作用原理的启发,本文构建了自供给微生物燃料电池（Auto-feeding microbial fuel cell,AF-MFC）。AF-MFC电活性微生物所需要的营养物质可通过类似于植物蒸腾作用的过程自动供给并持续稳定运行,而不需要使用装置和施加能量。本论文主要包括以下了两个方面的内容:（1）以炭黑/不锈钢复合材料为阳极,空气扩散电极为阴极、以PBS（P... 

【文章来源】：江西师范大学江西省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

微生物燃料电池的工作原理

硕士学位论文1.2.3 MFC 阳极阳极是 MFC 的重要组成部分。阳极的作用主要是供电活性菌生长附着，接受电活性菌所传递的电子，并尽可能快的将这些电子通过外电路传递到阴极。提高阳极性能的目标便是获得尽可能高的电流密度。因此，阳极需要具有高导电性、良好的生物相容性、耐腐蚀性、低成本和有利于电活性菌生长的三维结构等特点。MFC 阳极种类繁多，结构多种多样。根据结构类型的不同，可分为块状、纤维状、颗粒状、刷状、网状以及不同种类混合的结构类型（图 1-2）[25]。根据不同需要而采用不同结构类型的阳极，如目前广泛使用的刷状阳极与三维结构型的阳极，具有大的比表面积有利于电活性菌的生长，所能达到的电流密度也较大。

1-3 几种常见的碳基阳极材料（A）石墨板，（B）石墨棒，（C）碳刷，（D）碳布，（E）碳毡，（F）碳泡沫 MFC 阴极极是 MFC 重要组成部分之一，阴极性能的好坏也是决定 MFC 功率输出重要因素[53-55]。铁氰化钾具有过电位小、性能高且稳定等优势，因此早期FC 研究中常使用（K3[Fe(CN)6]）作为阴极的电子受体[58]。此外，高锰酸盐铬酸钾[60]等也可作为 MFC 阴极的电子受体。但是，这些物质不可再生FC 中发生还原反应之后不能返回到高价态，需要频繁的更换，不仅成本增且易造成二次污染，因此不利于其实际应用。而空气中的氧气具有成本低、富、还原电位高等优点，成为了 MFC 中最重要的电子受体，也被认为是MFC 实际应用的最佳选择。 MFC 以氧气作为电子受体时，分为溶解氧型[61]、生物阴极型[62]、和空气


本文编号：3485481