不同温度下微生物燃料电池的运行特性

实验采用双室型微生物燃料电池（MFC）,以生活废水中厌氧菌作为生物催化剂,葡萄糖为燃料,通过5个不同温度条件下的间歇运行,应用循环伏安、交流阻抗、极化测试等电化学方法考察温度对电池产电性能的影响。结果表明,一定温度范围内,提高温度有助于增强微生物的电化学活性,降低传荷阻抗,提高电池输出功率密度和交换电流密度。32 ℃时,电池产电效能最佳,电池功率密度和交换电流密度分别达到156.2 mW/m2和8.02×10?5 mA/m2,温度太低或太高均不利于细菌的电化学活性。体系温度为18 ℃、25 ℃、32 ℃、39 ℃、46 ℃时,传荷阻抗Rct在阳极内阻中占的比例分别为97.99%、84.02%、47.36%、91.30%、99.61%,说明传荷阻抗在阳极内阻中占绝对份额,MFC是传荷过程控制下的电化学反应体系。     

二元离子液体基染料敏化太阳能电池性能的研究

对6种用于染料敏化太阳能电池的二元离子液体电解质进行了考察,电池的光电转化效率在1.39%～4.98%,其中,1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/碘化1-丁基-3-甲基咪唑类电解质具有最高的光电转化效率。对这种二元离子液体电解质体系进一步优化,测试了不同碘浓度下相应染料敏化太阳能电池的效率、电化学阻抗谱(EIS)和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)。结果表明,随着碘单质浓度的增大,铂-电解质界面的传荷电阻(RPt)、TiO2-电解质表面的传荷电阻(Rct)和瓦尔堡阻抗(Zw)逐渐减小,而电解质对紫外光的吸收逐渐增大,在AM1.5的条件下,当碘单质的浓度为0.25 mol/L时电池效率最高,达到5.20%。     

阳极功能层厚度对中温固体氧化物燃料电池电性能的影响

采用水系流延成型工艺,研究了阳极支撑型中温SOFC阳极功能层厚度对中温SOFC电性能的影响,运用电化学工作站对单电池的电性能进行了表征。结果表明,在相同的运行温度下,单电池的功率密度随着功能层厚度的增加而减小,而极化阻抗则相应增加;单电池的功率密度随着运行温度的提高而增大,对应的极化阻抗则减小。以H2＋3%水蒸气为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行条件下,功能层厚度为25μm、30μm和35μm的单电池的功率密度分别为0.31 W/cm^2、0.10 W/cm^2和0.07 W/cm^2,相应的极化阻抗则分别为1.05Ωcm^2、2.41Ωcm^2和3.08Ωcm^2;阳极功能层厚度为25μm的单电池的测试温度在700℃、750℃和800℃,其功率密度分别为0.22 W/cm^2、0.31 W/cm^2和0.45 W/cm^2,对应极化阻抗分别为1.90Ωcm^2、1.05Ωcm^2和0.67Ω/cm^2。     

3D打印微生物燃料电池阳极及其性能特性

微生物燃料电池是一种处理废水同时产生电能的新型装置，阳极作为微生物燃料电池的重要组件极大地影响电池性能。针对微生物燃料电池传统三维电极结构不合理导致电极内部物质传输受限，电池功率密度较低的问题，本文采用3D打印技术并碳化的方式构建了结构可控的微生物燃料电池阳极，通过热重分析得到合适的碳化条件，并通过进一步的电化学分析和电极微观形貌拍摄研究了电极内部孔道结构对微生物生长情况和电池性能的影响。实验结果表明：电极孔径尺寸为0.4mm时，电池具有最优性能，其最大功率密度达12.85W/m²，比采用碳布阳极的MFC提升10倍，较采用碳毡阳极的燃料电池高38%；具有可控孔道结构电极的传荷阻抗和传质阻抗是限制电极性能的主要因素，通过优化孔道尺寸和结构分布可降低其传荷及传质阻抗，可以进一步提升电池性能。     

磷酸钛铝锂基全固态金属锂电池界面稳定性研究

采用固体电解质代替具有可燃性的液态电解液可有效解决当今锂离子电池的安全问题。然而,固态电池中的电极/电解质的固-固接触通常具有较大的界面阻抗,从而导致电池极化增加。采用聚偏氟乙烯(PVDF)基固体电解质作为正负极界面缓冲层,可有效地解决固体电解质与电极的高界面阻抗问题,使正极界面单位面积阻抗从1 716Ω/cm²降至213Ω/cm²。在负极处,PVDF可提供良好的弹性支撑,使负极界面单位面积阻抗从1 135Ω/cm²降至109Ω/cm²。此外,金属锂对称电池的直流极化测试表明,经过PVDF修饰后负极界面稳定性显著提高。最后,组装的钴酸锂/金属锂软包电池,正负极界面均经PVDF修饰后,电池能量密度可达到336 W·h/kg。1C条件下循环300次后,容量保持率可从30.7%提升至83.3%。     

应用于氧化还原电池的Fe~(3+)/Fe~(2+)电解液研究

以Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)为正极电解液的氧化还原电池,用循环伏安、交流阻抗、充放电等方法研究了在硫酸体系中的电化学行为。结果显示,Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)反应是准可逆过程,当硫酸的浓度为0.50 mol/L时,峰电流最大,Fe(Ⅱ)扩散系数Dc为2.276×10-6cm2/s;在0.37 V下的电化学极化阻抗为2.238Ω/cm2;与锌溶液组成电池,在20 mA/cm2进行循环充放电,充电电压在1.65~1.72 V,放电电压在1.11~1.25 V,电流效率为80%~97%,电压效率为65%~75%,能持续稳定循环110次。     

温度对微生物燃料电池电化学性能的影响

分别在20℃,37℃和45℃三个温度条件下以间歇方式运行大肠杆菌生物燃料电池(MFC),研究功率密度、电极电势、电化学阻抗等电化学性质随温度的变化规律.结果表明:温度从20℃提高到37℃,最大功率密度从53.35 mW/m2 (275 mA/m2)增加到610.5 mW/m2(2775 mA/m2),增长了10.5倍;同时阳极电极电势降低;且阳极电化学阻抗由741.9 Ω降低到42.4 Ω.在一定温度范围内,升高温度不仅能提高电池功率输出,而且能增强其电化学活性.但是,太高的温度反而不利于生物燃料电池的运行.45℃时的最大功率密度只有171 mW/m2(600 mA/m2),比37℃时最大功率610.5 mW/m2(2 775 mA/m2)减少72％;同时阳极电化学阻抗由42.4 Ω增加到416.1 Ω.大肠杆菌生物燃料电池在37℃时具有最佳的电化学性能.可见,温度在生物燃料电池运行中是一个非常重要的操作参数.     

铁空气电池产电同步絮凝除磷性能及影响因素研究

利用碳基空气阴极构建铁-空气电池絮凝反应器,考察电池外阻、溶液电导率、初始pH值对铁空气电池絮凝除磷及电池产电的影响。结果表明,在10Ω外阻,NaCl浓度10 mmol/L,磷酸盐浓度5 mg/L条件下,絮凝时间40 min,不同初始pH条件下,磷酸盐去除率可达到98%以上,电池平均电流密度达到0.22 mA/cm²。对实际生活污水的絮凝实验表明,磷酸盐浓度5 mg/L时,絮凝40 min,磷酸盐浓度降低至0.5 mg/L以下,满足一级A排放标准要求。     

铁空气电池产电同步絮凝除磷性能及影响因素研究

利用碳基空气阴极构建铁-空气电池絮凝反应器,考察电池外阻、溶液电导率、初始pH值对铁空气电池絮凝除磷及电池产电的影响。结果表明,在10Ω外阻,NaCl浓度10 mmol/L,磷酸盐浓度5 mg/L条件下,絮凝时间40 min,不同初始pH条件下,磷酸盐去除率可达到98%以上,电池平均电流密度达到0.22 mA/cm~2。对实际生活污水的絮凝实验表明,磷酸盐浓度5 mg/L时,絮凝40 min,磷酸盐浓度降低至0.5 mg/L以下,满足一级A排放标准要求。     

丁二酸酐在锂离子电池电解液中的应用

在锂离子电池电解液1 mol/L六氟磷酸锂/碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯+碳酸甲乙酯（体积比为1∶1∶1）溶液中添加丁二酸酐作为提高电池充放电效率的添加剂。 采用恒流充放电测试、循环伏安曲线、线性伏安曲线和电化学阻抗谱等手段,研究了添加剂丁二酸酐对电解液电化学稳定窗口的影响,以及丁二酸酐与锰酸锂材料的相容性。结果表明：在电解液中添加2%（质量分数）的丁二酸酐,提高了LiMn2O4/Li电池常温和高温容量保持率。丁二酸酐可以优先于基础电解液发生少量氧化分解,从而降低了LiMn2O4/Li电池的极化。同时,丁二酸酐也可降低电池循环过程的阻抗。     

低氧状态下生物膜法废水处理中丝状菌膨胀特性研究

以生物接触氧化反应器处理模拟污水,考察了低氧状态下(DO的质量浓度为1.0～1.5 mg/L)丝状菌膨胀对生物接触氧化反应器的运行效果、生物膜活性及胞外多聚物的影响。结果表明:发生丝状菌膨胀后,系统COD去除率由正常运行时的88.2%下降到79.3%;生物膜活性普遍比正常运行期的要高,在第24天,两段氧化池生物膜活性都达到最大值,分别为165.48和163.04 mg[O2]/(g[MLVSS].h);生物膜EPS含量低于正常运行期,主要是由于EPS中多糖含量下降引起的。一段氧化池EPS由60.05 mg/g[MLVSS]降低到第26天的30.77 mg/g[MLVSS],二段氧化池EPS由34.84 mg/g[MLVSS]降低到第26天的26.88 mg/g[MLVSS];优势丝状菌种为021N型丝状菌和丝硫细菌。     

金属锂电池负极界面氮化硼修饰膜的研究

金属锂负极由于具有超高的比容量(3 860 mA·h/g)与超低的还原电位(-3.04 V),其应用能够大幅提升现有锂离子电池的能量密度。然而,金属锂与电解液持续不断的副反应可导致电池的严重极化、非活性锂的增加及电池容量的迅速衰减。为了提升金属锂电池的循环性能,采用氮化硼薄膜作为金属锂表面的人工固体电解质膜(SEI膜)抑制其与电解液之间的副反应,以实现金属锂电池的长循环。采用简单易操作的喷涂沉积法,可将氮化硼薄膜均匀地沉积于金属锂表面,并通过电化学阻抗谱探索了最佳沉积次数。氮化硼SEI膜具有离子导通且电子绝缘的特性,成功地抑制了界面副反应与电池的极化增加。相比未经修饰的金属锂,经氮化硼修饰后,电池负极单位面积阻抗由4.6Ω/cm²降低至1.2Ω/cm²。所组装的锰酸锂/金属锂电池首圈库伦效率由89.2%提升至96.6%;1C条件下循环300次后,容量保持率由86.3%提升至94.6%。     

储能用锰酸锂电池阻抗谱研究

对于储能用锰酸锂电池,除了需要准确把握其外特性,还应充分认识与电池外特性相对应的电池内特性。对储能用锰酸锂电池产品进行100%~0%荷电状态(SOC)的电化学交流阻抗测试,通过等效电路拟合,解析反映锰酸锂电池锂离子嵌入/脱出电化学反应和电荷扩散过程的电路元件参数值。结果表明锰酸锂电池的电化学反应电阻大于欧姆电阻,且随着电池SOC的降低而逐渐提高;锰酸锂电池电化学反应引起的电容效应弱于电荷扩散产生的电容效应,在20%SOC以下时锰酸锂电池扩散阻抗值随SOC的降低而逐渐提高;电池经历1 C高温(45℃)循环700次后电化学反应电阻明显提高,同时高温循环弱化了因电化学反应产生的电容效应。     

应用于氧化还原电池的Fe3＋/Fe2＋电解液研究

以Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）为正极电解液的氧化还原电池,用循环伏安、交流阻抗、充放电等方法研究了在硫酸体系中的电化学行为.结果显示,Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）反应是准可逆过程,当硫酸的浓度为0.50 mol/L时,峰电流最大,Fe（Ⅱ）扩散系数Dc为2.276×10-6 cm2/s;在0.37 V下的电化学极化阻抗为2.238 Ω/cm2;与锌溶液组成电池,在20 mA/cm2进行循环充放电,充电电压在1.65 ～1.72 V,放电电压在1.11～1.25 V,电流效率为80％～97％,电压效率为65％ ～75％,能持续稳定循环110次.     

缓释曝气生物膜处理突发性河水中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯

报道了采用纤维填料单元,组成缓释曝气生物膜放置于水中进行处置,以应对流域水资源的安全危机。缓释曝气生物膜系统可有效地处理含苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)的污水,在反应器启动时采用纯菌种接种,加BTEX在液相中进行循环挂膜,经30天的运行,然后通入BTEX混合液,生物膜系统表现出良好的去除BTEX的能力。水中BTEX浓度较高时,利用填料单元的巨大单位比表面积,可对BTEX进行以吸附为主的处置。水中的BTEX浓度在50～10mg/L时,经24h,水中BTEX可降至5mg/L以下。BTEX浓度较低时,利用缓释曝气生物膜中的微生物对其进行生物降解;BTEX浓度在0.5～1.5mg/L时,经15天运行,BTEX的去除率达90%以上。     

阳极NiO/YSZ含量对SOFC电化学性能的影响

采用水系流延技术制备电解质,利用涂覆法分别在电解质面涂覆Ni O/YSZ阳极和LSM/YSZ阴极得到电解质支撑型单电池。采用SEM和电化学工作站等测试手段分别对半电池的结构和单电池的电性能进行表征。研究结果表明,经1500℃保温2h烧成电解质,经1250℃保温2 h烧成半电池,电解质表面致密,阳极与电解质结合性好。Ni O/YSZ=6∶4阳极的单电池以氢气+3%H2O为燃料气,空气为氧化气,在750℃运行的最大功率密度为0.20 W/cm2,极化阻抗为0.98Ω·cm2。     

丁二腈作为电解液添加剂的研究

在1 mol/L 六氟磷酸锂/［碳酸乙烯酯（EC）+碳酸二甲酯（DMC）+碳酸甲乙酯（EMC）（体积比为1∶1∶1）］的电解液中加入添加剂丁二腈（SN）,用循环伏安（CV）、恒流充放电、电化学阻抗谱（EIS）等方法,研究了丁二腈对电解液的电化学窗口、电池的比容量、电池的首次充放电效率和电池的循环性能的影响。结果表明,在电解液中加入一定量的高纯度丁二腈,能提高电池的比容量、首次充放电效率和拓宽电解液的电化学稳定窗口,从而提高电解液的热稳定性,改善电解液的循环性能。     

3D打印低扭曲度超厚分级孔锂离子电池电极

提出了利用挤出式3D打印技术制备孔隙扭曲度=1的超厚分级孔锂离子电池电极的新方法。并采用质量浓度为80 mg/m L的氧化石墨烯作黏度调节剂,磷酸铁锂作电极活性材料,配制了具有可打印性的"墨水",其表观黏度高达104Pa·s,并且表现出明显的剪切变稀行为;同时此"墨水"还具有高达104Pa的存储模量平台值,这些优异的流变学性质对于打印和固化过程十分有利,保证了打印结构的精准与完整性。电化学测试结果表明,与活性物质负载量同为21 mg/cm2的传统涂覆式电极相比,该电极的首次充放电电压平台差为0.12 V,仅为传统电极的约1/3,同时倍率性能也有大幅度提高,而且其传荷电阻可降低至传统电极的1/50。     

La0.8Sr0.2MnO3涂覆液浓度对La0.8Sr0.2FeO3电极电化学性能的影响

研究了0.005、0.010、0.020、0.035和0.040 mol/L5种不同浓度的La0.8Sr0.2MnO3 (LSM)溶液涂覆La0.8Sr0.2FeO3 (LSF)电极后,其电化学性能的变化.X射线衍射结果表明:LSM和LSF化学相容性好.扫描电子显微镜观察可见:电极的晶粒尺寸和涂层厚度随着涂覆液浓度的增加而增加.电化学阻抗谱表明:在阳极极化条件下,经过0.010 mol/L LSM溶液涂覆处理后的LSF电极表现为最佳的电化学性能,其极化电阻在800℃仅为0.3Ω·cm2.而且无论在阳极极化还是阴极极化处理后,涂覆LSM后的LSF电极的极化电阻,1200 s内都呈现下降的趋势,LSM涂覆后的LSF电极具有一定的抗阳极极化的能力,归因于LSM涂层的良好催化特性.因此,0.010 mol/L LSM溶液涂覆处理后的LSF可以作为固体氧化物电解池的阳极材料.     

外阻对双室微生物燃料电池性能的影响

实验分析了阴极硝化耦合阳极反硝化微生物燃料电池在不同外阻(10、100、500Ω和无穷大)下,电池的产电性能、阴极液和阳极液的电导率以及脱氮除碳能力的变化情况。结果表明,在低电阻下,输出的稳定电流较大,有机物降解速率较快,TN去除率较高。当外阻为10Ω时,输出的稳定电流是3.61 m A,COD的去除速率最快为10.33mg/(L·h),在运行160 h时TN去除率达到100%。MFC运行过程中,阳极溶液的电导率逐渐减小,阴极溶液的电导率逐渐增大。当外阻为10Ω时,阴阳极溶液的电导率差最大。CV扫描表明外阻对阳极生物膜氧化还原能力有影响,且低电阻下阳极形成的生物膜上产电活性菌的氧化能力越强。