微生物燃料电池阳极修饰的研究进展

微生物细胞与电池阳极之间的电子转移速率是影响微生物燃料电池(MFC)产电性能的重要因素之一.通过阳极修饰可以促进电子转移速率,进而提高MFC产电性能.综述了MFC阳极修饰的研究进展.     

微生物燃料电池阳极的研究进展

产电微生物与电池阳极之间的电子传递效率是影响微生物燃料电池（MFC）产电性能的重要因素之一.通过对阳极材料的改进和修饰可以有效地降低阳极反应的活化能垒,提高电子传递效率,进而提高MFC产电性能.详细介绍了近年来MFC阳极材料的国内外研究进展,并针对当前研究所面临的问题,提出了今后MFC阳极的发展方向.     

微生物燃料电池阳极材料的研究进展

微生物细胞向阳极转移电子的能力是微生物燃料电池(microbial fuel cell,简称MFC)功率密度低的重要影响因素之一,高性能的MFC阳极要易于产电微生物细胞附着生长,易于电子从微生物细胞向阳极传递,同时要求阳极内部电阻小、导电性强、阳极电势稳定.文章综述了MFC阳极材料的研究进展.     

微生物燃料电池中碳材料改性阳极和碳基复合材料阳极的最新研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物的代谢作用将化学能转化为电能的新技术,近年来受到广泛关注。文章综述了MFC阳极碳材料改性和优化的最新研究成果,介绍了碳材料改性阳极和碳基复合材料阳极的种类、理化特性、产电性能及其在MFC中的应用。     

微生物燃料电池纳米纤维基阳极材料的研究进展

微生物燃料电池（Microbial fuel cell，MFC）是一种非常有前途的环境友好型电化学装置，它可以利用电活性微生物从废水中提取能源，并降解废水中的有机物，是解决目前环境与能源危机的重要技术。然而，相对较低的产电效率限制了其大规模应用，主要体现在阳极缓慢的胞外电子传递速率（extracellular electron transfer，EET）和较少的产电微生物附着量。纳米纤维由于具有高的比表面积、良好的电化学性能和电导率，是改善阳极的重要材料。本文介绍了影响阳极材料性能的因素，系统总结了近年来国内外纳米纤维基阳极材料的种类与制备方法，针对纳米纤维基阳极材料在MFC领域的研究现状，重点解释了各种纳米纤维材料的优缺点。最后，对纳米纤维基电极材料以及MFC技术的发展方向进行了展望，以期为推动MFC的工程化应用提供理论参考。     

微生物燃料电池处理含铬废水并同步产电

以葡萄糖为阳极燃料、含铬废水为阴极液,碳毡为阳极、石墨板为阴极构建了双室微生物燃料电池,考察了阳极条件(底物浓度)及阴极条件(pH、初始六价铬浓度)对含铬废水的降解及MFC的产电性能的影响.结果表明低阴极液pH和高初始Cr(Ⅵ)浓度能改善MFC产电性能.当pH=2、初始六价铬浓度为177 mg/L、反应时间为10 h时,最大输出功率为108 mW/m~2,六价铬去除率为92.8%.阳极底物浓度对微生物燃料电池的性能也有影响.在微生物燃料电池中,阴极极化较小,表明该燃料电池有稳定的性能,微生物燃料电池对含铬废水的处理有应用潜力并能同步产电.     

运行因素对猪场废水微生物燃料电池产电性能的影响

以猪场废水为基底构建双室微生物燃料电池,分别研究温度、pH和阳极液搅拌对微生物燃料电池(MFC)产电性能和废水净化效果的影响。结果表明,在一定范围内,温度的提升有助于增强微生物的电化学活性,微碱性条件下MFC的输出电压和功率密度更佳,阳极室的搅拌有利于提升电池产电和除污性能。实验确定了基于猪场废水处理微生物燃料电池的较优运行因素,为推动微生物燃料电池在污水处理方面的实际应用提供参考。     

阳极加载稳恒磁场对微生物燃料电池性能的影响

将双室微生物燃料电池(MFC)置于不同方向(与阳极垂直、平行)、不同强度(0,100,200,300mT)的稳恒磁场下,考察阳极加载稳恒磁场对MFC产电特性的影响。结果发现,一定强度的磁场能够强化MFC的产电,但不同磁场方向和强度对MFC的影响有差异。当磁场方向与阳极垂直时,产电效果较好,MFC的最大输出功率更高。MFC在加载200mT磁场强度时,性能达到最佳,其最大功率密度为1.09 W/m2。一定强度的磁场还能够提高MFC的库仑效率和COD去除率,并且加速微生物对COD的降解。     

以加热预处理污泥上清液为底物的微生物燃料电池基础特性

以单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)为反应器,考察了以加热预处理污泥上清液为底物的MFC产电情况. 结果表明,污泥90℃下加热3 h时MFC输出功率最高(44.4 mW/m2),是未加热的105倍. 在此预处理条件下,污泥上清液中所含有机物成分最有利于阳极微生物的代谢产电. 加热后的污泥再次加热作为MFC底物产电,输出功率只有5.8 mW/m2. 加热预处理可提高以污泥上清液为底物的MFC的输出功率,且易与现有工艺结合,更接近实际应用.     

应用于微生物燃料电池阳极的材料

阳极是影响微生物燃料电池(MFC)产电性能的重要因素,改善阳极材料的性能可以大幅提高MFC的整体性能。首先对MFC阳极所用的基底材料进行了对比分析;然后从表面改性处理、纳米材料修饰、导电聚合物及其复合材料修饰、填料阳极等多个角度出发,对改善阳极材料性能的研究进展进行了综述,并时未来的发展趋势进行了展望,探讨了今后MFC阳极材料的研究重点。     

质子交换膜电解水制氢技术的发展现状及展望

氢能是支撑起智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,而电解水制氢是实现制氢规模化的重要途径。在多种电解水制氢技术中,质子交换膜电解水技术由于具备电流密度大、产氢纯度高、响应速度快等优势,吸引了科学界和工业界的广泛重视。本文首先介绍了质子交换膜电解池的结构组成以及各组成的主要作用,对比分析了碱性电解池、固体氧化物电解池与质子交换膜电解池的技术差异,并结合电解水析氢反应以及析氧反应的机理阐释,分别介绍了两步半反应的常用催化剂;然后,从最初的实验室研究阶段到目前兆瓦级别的质子交换膜电解水系统,回顾了该技术的发展历程以及应用现状;其次,从制氢成本、电堆性能及电堆寿命等多角度分析目前该技术面临的瓶颈问题;最后,根据质子交换膜电解池的技术优势,并针对上游间歇性可再生能源的需求以及和下游产业的联合应用,对其未来前景进行了展望。     

质子交换膜水电解制氢膜电极研究进展

质子交换膜水电解（PEMWE）制氢具有可适用于风能太阳能等可再生能源的间歇性和波动性、能量转换效率高、启动快速、占地小等优点,成为目前绿氢制取重点关注的技术。膜电极作为水电解制氢关键核心部件,对于水电解制氢的性能、效率和寿命至关重要,并随着量产规模的扩大在系统成本中的占比越来越高。发展高性能、低成本和高耐久性的膜电极对于绿氢的低成本大规模制取具有重要意义。本文综述了近年来质子交换膜电解水制氢膜电极中质子交换膜、催化层、多孔传输层等关键材料部件以及膜电极制备技术的研究进展和成果,并进行了简要评述。从膜电极设计和开发的角度系统地梳理了如何提高电解制氢性能、降低水电解制氢膜电极成本等方面的进展。最后,就未来膜电极研发的方向提出了建议。     

空气自呼吸质子交换膜燃料电池最新研究进展

空气自呼吸质子交换膜燃料电池具有系统体积小、能量密度高、能量转化效率高和清洁无污染、无需复杂的空气供给及增湿系统等优点,是极具商业前景的新一代中小功率便携式电源,其相关研究为燃料电池领域的热点研究课题。本文综述了近年来此类电池在结构、机理、组成元件、性能等方面的研究进展,认为改善阴极催化层孔隙率和疏水性等能显著加快氧气传输和水移除,提高氧气活化能力;气体扩散层的组成、结构和厚度亦影响其气体透过性和水移除效果;合适的结构设计和材料选取能调节池体温度,强化空气对流;膜电极免增湿技术的应用可以维持电池在低湿度下较高质子传导率和系统稳定性,这是空气自呼吸质子交换膜燃料电池实现商业化的重要研究方向。     

Polymer membranes for high temperature proton exchange membrane fuel cell: Recent advances and challenges

Proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are considered to be a promising technology for efficient power generation in the 21st century. Currently, high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFC) offer several advantages, such as high proton conductivity, low permeability to fuel, low electro-osmotic drag coefficient, good chemical/thermal stability, good mechanical properties and low cost. Owing to the aforementioned features, high temperature proton exchange membrane fuel cells have been utilized more widely compared to low temperature proton exchange membrane fuel cells, which contain certain limitations, such as carbon monoxide poisoning, heat management, water leaching, etc. This review examines the inspiration for HT-PEMFC development, the technological constraints, and recent advances. Various classes of polymers, such as sulfonated hydrocarbon polymers, acid-base polymers and blend polymers, have been analyzed to fulfill the key requirements of high temperature operation of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). The effect of inorganic additives on the performance of HT-PEMFC has been scrutinized. A detailed discussion of the synthesis of polymer, membrane fabrication and physicochemical characterizations is provided. The proton conductivity and cell performance of the polymeric membranes can be improved by high temperature treatment. The mechanical and water retention properties have shown significant improvement., However, there is scope for further research from the perspective of achieving improvements in certain areas, such as optimizing the thermal and chemical stability of the polymer, acid management, and the integral interface between the electrode and membrane.     

微生物燃料电池的研究应用进展

微生物燃料电池是利用微生物作为催化剂,氧化分解生物质同时输出电能的一种新装置,因其可将生物质中化学能直接转化为电能,可获得更高的能量转化效率,是未来缓解能源和环境问题的有效途径,引起了科研工作者的广泛关注。本文结合近几年微生物燃料电池的发展,综述了产电微生物种类、电池材料及其改性、反应器的放大以及微生物燃料电池应用方面的研究进展,分析了该领域未来发展的主要方向及面临的问题,指出筛选和诱导产电菌对不同有机底物的耐受性,开发高效价廉的电极材料以及构建易于放大的电池模式,是微生物燃料电池未来研究的重点。在此基础上,应该着重于反应器放大,深入研究其在废水处理、产氢、微生物电化学合成以及传感器方面的应用,确定其实际应用的相关参数和模型,为微生物燃料电池早日实际应用打下坚实基础。     

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。     

微生物燃料电池技术的研究进展与应用

结合近年来微生物燃料电池（MFC）技术的发展,对影响MFC产电性能的因素进行了综述。分别介绍了MFC的工作原理、构型、电极材料、产电微生物以及产电机理,简述了MFC技术处理各种工业与生活废水同步产电的应用。     

碱性膜电解水制氢技术现状与展望

开发清洁高效的可再生能源是未来能源转型的必然趋势。氢能作为一种绿色无污染的能源载体,可通过电解水技术实现氢能与电能的高效转化,有望作为风力、光伏发电的重要调节手段。碱性膜电解水制氢能够提高电流密度,增加能量转化效率,优于碱性水溶液电解水制氢;与此同时,可采用铁、镍等非贵金属制备催化剂,克服质子交换膜电解水制氢使用贵金属催化剂带来的设备昂贵、资源受限问题。本文综述了碱性膜电解制氢技术发展现状,重点围绕自支撑催化电极、耐碱腐蚀离子膜、有序结构膜电极开展讨论,包括催化剂制备策略,耐碱离子膜发展现状,以及有序化膜电极的应用优势,阐释电化学工程中的传质与反应耦合原理。本文为进一步研究开发高性能电化学关键材料提供了指导思路,推动电解水制氢技术的发展。     

质子交换膜燃料电池高稳定性低铂载量膜电极的研究进展

质子交换膜燃料电池由于高能量转化率、零污染、低温启动等优点在新能源领域备受关注,但其成本和耐久性仍是本领域的挑战性课题。本文首先回顾了近年来国内外研究者在降低燃料电池成本和提高其耐久性方面取得的成就,从催化剂制备技术、膜电极结构优化、耐久性提升三个方面介绍了近年来国内外在降低膜电极铂载量、提高膜电极功率密度和耐久性方面的发展趋势,通过构筑铂基合金、核壳结构和纳米结构等催化剂能有效地降低铂载量,从而降低燃料电池成本;通过构筑多孔结构催化层或气体扩散层可以改善膜电极的微结构,从而提高电池的功率密度;通过开发新型质子交换膜、更换催化剂载体等方法可以提高膜电极的耐久性。最后,本文针对目前研究进展阐述提高膜电极稳定性仍然是目前的研究难题,并对未来的研究方向进行了展望。     

微生物燃料电池在水与废水脱氮方面的研究进展

近年来，使用微生物燃料电池（MFC）处理含氮水与废水受到广泛关注，在脱除水与废水中氮元素污染的同时，回收部分能量，克服了传统含氮废水处理高能耗的缺陷。本文在微生物脱氮技术的基础上，综合国内外相关研究文献，简述了MFC处理含氮水与废水研究的最新进展，系统总结了4种不同形式的脱氮MFC，主要包括反硝化脱氮MFC、硝化脱氮MFC、同步硝化反硝化脱氮MFC以及厌氧氨氧化脱氮MFC，详细介绍了各种脱氮形式MFC的产电和脱氮性能以及适用条件，分析了每种脱氮MFC的脱氮产电机理以及影响因素（包括MFC运行参数、外接电阻、电极材料以及MFC构型等）；最后提出了未来MFC在处理含氮水与废水方面的主要研究方向：开发新型性价比高的电极催化材料及膜材料，优化运行条件，提高产电生物膜的稳定性以及进一步细致探究不同形式的脱氮产电机理等，从而扩大运行规模。