石墨束微生物燃料电池产电性能研究

试验研究了以乙酸钠为燃料,以石墨束为阳极的双室微生物燃料电池的产电情况.试验结果表明,经过6d的启动期,电池输出电压达到稳定状态,以乙酸钠为燃料时最大输出电压可达到698mV,并可持续10d左右,电池内阻为44.6Ω,最大体积功率密度可达6 321.1 mW/m3,最大面积功率密度为745.5 mW/m2,COD的去除率可达85%以上.燃料电池在外阻为510Ω条件下运行1个周期,其库仑效率约为20%.     

电极间距对单室微生物燃料电池处理老龄垃圾渗滤液性能的影响

以体积分数为60%的老龄垃圾渗滤液为单室无膜空气阴极微生物燃料电池底物,考察电极间距分别为1、2、3、4、5 cm时电池产电性能及底物中物污染物的去除效果。结果表明,间距为2 cm时输出电压和最大功率密度最大,间距为4 cm时输出电压和最大功率密度最小;电极间距为1～3 cm时电池内阻随电极间距的增大而增大,而电极间距大于3 cm时电池内阻随电极间距的增大而减小。电极间距为2 cm时,微生物燃料电池(MFC)对老龄垃圾渗滤液中化学需氧量(COD)和氨氮去除率最高;5个电池的库伦效率分别为35.6%、27.6%、35.4%、14.9%和14.9%,单室无膜空气阴极MFC可在一定程度上提高老龄垃圾渗滤液的可生化性。     

微生物燃料电池混合菌群的产电特性与分布

将不同来源的污泥进行组合构建混合接种物的微生物燃料电池(MFC),通过比较微生物燃料电池的产电性能寻求更为优良的微生物群落,结果表明:将华南农业大学资源环境学院新肥室沼气池污泥、湖南省祁东县淹水稻田土和燕京啤酒厂废水处理二沉池污泥混合作为组合接种物的MFC性能较优,其最大输出电压0.59 V,最大功率密度10.81 W/m3。利用PCR-DGGE技术解析该电池阳极表面优势微生物的群落,分析发现阳极生物膜中占优势的菌种为Gammaproteobacteria菌纲中的Shewanella,其次为Pseudomonas aeruginosa,还存在Verrucomicrobiae和Flavobacteria菌纲的微生物。     

ELECTRICITY GENERATION COMPARISON OF TWO-CHAMBER MICROBIAL FUEL CELLS WITH DIFFERENT MEMBRANE

以乙酸钠为碳源,铁氰化钾溶液为电子受体,以普通双极膜(膜A)、特种双极膜(膜B)和质子交换膜(膜C)构建的微生物燃料电池进行产电性能的实验研究.得到如下实验结果:膜A开路电压为0.77V,最大体积功率密度为3.23W/m3,由线性拟合方程可知其内阻为91.22Ω;膜B电池的开路电压0.748V,最大体积功率密度为3.52W/m3,内阻为92.26Ω;膜C电池的开路电压为0.796V,最大体积功率密度为3.75 W/m3,内阻为79.29Ω.结果表明:各种膜在微生物燃料电池产电性能方面相近.通过膜效率的分析,在微生物燃料电池中,采用离子交换膜替换价格昂贵的质子交换膜是可行的.     

微生物燃料电池的反应动力学研究

微生物燃料电池的理论基础包括热力学、反应动力学和酶动力学3个方面。从反应动力学方面分析,微生物燃料电池中,葡萄糖在阳极的电化学反应是异相的,只能发生在阳极电极和阳极溶液的交界处。微生物燃料电池的电压损失包括活化损失、欧姆损失和浓度损失。活化损失可通过降低溶液温度和提高交换电流密度的方法减小。欧姆损失可通过采用高电导率的阳极溶液和阴极溶液、减小电极之间的距离和增大反应器截面面积的方法减小。浓度损失可通过采用降低溶液温度和增大极限电流密度的方法减小。     

微生物燃料电池的反应动力学探究

从反应动力学方面分析,微生物燃料电池中,葡萄糖在阳极的电化学反应是异相的,只能发生在阳极电极和阳极溶液的交界处。微生物燃料电池的电压损失包括活化损失、欧姆损失和浓度损失。活化损失可通过降低溶液温度和提高交换电流密度的方法来减小。欧姆损失可通过采用高电导率的阳极溶液和阴极溶液、减小电极之间的距离和增大反应器截面面积的方法减小。浓度损失可通过采用降低溶液温度和增大极限电流密度的方法减小。     

阳极材料对微生物燃料电池性能影响的研究

以石墨、碳纸、碳布和碳毡为阳极材料,研究不同材料在微生物燃料电池中的产电性能,并利用循环伏安法比较不同材料的电化学活性。结果表明:在电池性能方面,以石墨为阳极微生物燃料电池电压可达0.678V,输出功率为250mW/m2;碳毡电压达0.656V,输出功率204mW/m2,碳纸0.649V,输出功率156mW/m2;碳布最差,电压不稳定,输出功率56mW/m2。循环伏安曲线和电极材料表观吸附量:碳毡作为阳极材料,具有明显的氧化峰和还原峰,对导电微生物具有显著的吸附量,其次是石墨,碳纸次之,最差的是碳布。     

电极材料对微生物燃料电池处理老龄垃圾渗滤液性能的影响

以碳毡和碳布为电极材料,老龄垃圾渗滤液为阳极底物构建生物阴极型微生物燃料电池(MFC),考察碳毡和碳布分别作为阴极和阳极材料时对MFC明在阳极材料相同时,碳毡阴极MFC料相同时,碳布阳极MFC输出电压和功率密度最大(分别为294 mV、95.31 mW/m~3)、化学需氧量和氨氮去除率最大(分别为58.78%、74.38%);阳极、阴极均为碳布的MFC内阻最小(308Ω),阳极、阴极均为碳毡的MFC内阻最大(347Ω)。     

微生物燃料电池阴极电子受体与结构的研究进展

从工程应用的角度分析了微生物燃料电池的结构变化趋势;从电化学角度介绍了几种两室微生物燃料电池中阴极室采用不同电子受体对提高电池输出功率的影响和单室空气阴极微生物燃料电池的研究现状及应用前景;分析了电池组在电池放大过程中可能存在的串挠和电压反转等问题,为微生物燃料电池的工程应用提供了理论参考。     

单室微生物燃料电池产电特性研究

采用石墨板为阴极构建了单室空气阴极微生物燃料电池(MFC),以混合菌种接种,并以乙酸钠和碳酸氢钠为碳源,研究了该MFC在间歇运行条件下的产电性能、电池内阻情况和COD去除率。结果表明,最高输出电压随着周期数增加而增加,由0.075 9 V上升到0.200 6 V,最大输出功率密度为34.80 mW/m2;在一个运行周期内,电池内阻随着时间的延长而逐渐增大,由376.6Ω上升到682.0Ω,电池内阻的增大将导致输出电压降低。COD去除率由起始的49.23%达到最大值86.99%,说明此单室空气阴极微生物燃料电池在产电的同时处理污水的效果也较好。