微生物燃料电池及其应用研究进展

简述了微生物燃料电池的发展简史和工作原理,介绍了微生物燃料电池阳极材料、阴极材料和膜材料等方面的发展现状,分析了近年来国内外对直接和间接微生物燃料电池的研究情况,并指出微生物燃料电池反应器为获取氢能开辟了新用途.     

海底微生物燃料电池阳极锰盐改性及产电性能研究

阳极是限制海底微生物燃料电池输出功率的关键因素,通过改性阳极,可望提高微生物燃料电池性能.本文利用MnSO4氧化还原介体修饰石墨阳极,研究了MnSO4含量对阳极和电池产电性能的影响.结果表明,锰离子可有效加速电子转移,当阳极MnSO4的含量为4%时,阳极性能最好,电池内阻最小,最大输出功率密度为51.64mW/m2,是...     

低电位泡沫石墨改性阳极及其在海底微生物燃料电池中的应用

泡沫石墨是一种新型阳极材料, 对其进行改性是提高海底微生物燃料电池性能的重要途径之一。本文研究了混酸改性泡沫石墨阳极及其电化学性能。研究表明:改性后泡沫石墨表面生成羟基、羧基等含氧官能团; 改性阳极接触角降低了24.5°, 润湿性提高, 有利于微生物附着; 交换电流密度达到6760.8 mA/m², 动力学活性提高了53.7倍。研究还发现改性后阳极电位降低了100 mV, 电池开路电位达到865 mV (未改性750 mV), 最大输出功率密度为358.1 mW/m², 提高了2.4倍。三个月放电测试显示, 改性阳极和电池具有相对稳定的性能。同时, 本文初步分析了改性后阳极动力学活性增加和电位降低的原因。该研究结果为构建高输出电压和功率的海底微生物燃料电池提供了依据。     

微生物燃料电池分隔材料的研究新进展

微生物燃料电池技术利用环境友好的高活性微生物作催化剂,以降解水中有机污染物同步输出电能,受到了学术界和企业界的高度重视。如何提高微生物燃料电池的效能是目前研究的聚焦点,分隔材料的设计与选择直接影响了微生物燃料电池的整体性能。本文综述了微生物燃料电池中分隔材料研究的新进展,对比分析了不同新型分隔材料的特点、产电能力与污水处理效果及其待解决的问题,展望了微生物燃料电池分隔材料的发展方向。     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

基于生物质制备活化三维多孔碳及其在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池是一种能把污水中有机物蕴含的化学能直接转换成电能的装置。目前,相对低的输出功率密度限制了它的应用。开发高性能的阳极材料是解决途径之一。基于生物质秸秆利用Hummers氧化法结合抗坏血酸还原法制备了活化三维多孔碳阳极,用扫描电子显微镜观察了所制备的材料的形貌、发现活化过程可以产生许多大小不一的孔结构,可有效帮助传质扩散。交流阻抗谱、循环伏安测试表明,活化可以大大提高三维多孔碳的电化学性能,基于活化三维多孔碳3DPC阳极所制备的微生物燃料电池(MFCs),最大功率密度可达到1184.5W/m~3,远远高于改性前(774.8W/m~3)。此研究为构筑新型三维碳基阳极提供了新思路和新方法。     

铝空气电池阳极、空气阴极及电解质材料研究进展

铝空气电池具有无毒无害、比能量高、成本低、安全性好等优点,被称为"面向21世纪的绿色能源",作为燃料电池在备用电源、应急电源以及新能源汽车等领域有很好的发展前景。然而,目前铝空气电池的产业化进展缓慢,其瓶颈问题归根结底还是材料问题,铝合金阳极材料和空气阴极催化剂的电化学特性提升是拓展其应用的关键。简单介绍了铝空气电池的基本原理,重点综述了铝合金阳极材料和空气阴极催化剂的研究进展,概述了电解质的研究情况,并展望了其未来发展。     

α-MoC在无介体微生物燃料电池阳极的应用研究

采用溶体法结合碳热还原法制备了碳化钼,用XRD表征了碳化钼的结构,用SEM观察了所制备碳化钼的形貌。使用循环伏安法和交流阻抗法测试了碳化钼的电催化性能。把制备的碳化钼用于无介体微生物燃料电池阳极,电池最大功率密度达到商业铂碳的92%,表现出优越的电催化性能和良好的生物相容性。因此α-MoC可望成为一种具有广泛应用前景的无介体微生物燃料电池阳极材料。     

碳酸氢铵电化学氧化阳极对含油海底沉积物微生物燃料电池性能影响及其加速降解研究

制备了3种阳极(未改性阳极、氨水改性阳极、NH_4HCO_3电化学氧化改性阳极)组建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs),探究阳极的不同氨改性方法对含油MSMFCs电化学性能和石油降解率的影响。结果表明,电化学氧化改性阳极的电容特性是未改性阳极组的1.78倍,并且其抗极化能力最强,交换电流密度为2.57×10~(-2)A·m~(-2),是未改性的5.00倍;由电化学氧化改性阳极组建的电池的最大输出功率密度是1.53×102m W·m~(-2),较空白组的增加3.56倍,且该电池阳极沉积物中石油的降解率是空白组的10.40倍,这是因为改性阳极表面连入了有利于微生物附着的酰胺基团和氨基基团,提高了电池电化学性能并加速了石油的降解。     

低温对海泥发电性能的影响

环境温度对海泥发电(海底微生物燃料电池)具有重要影响。本文进行了4℃环境与常规室温环境(25℃)电池性能对比试验,结果表明:4℃环境下电池阳极启动时间明显慢于室温(25℃),阴极启动几乎无影响。4℃条件电池内阻(1005Ω)高于室温条件(703Ω),室温电池最大输出功率密度比4℃环境升高10mW/m2,电流密度增加46.6 mA/m2。低温环境(4℃)可导致微生物活性降低,物质扩散速度变慢,进而导致其电池性能低于室温环境。此实验对实海环境下海底微生物燃料电池设计提供了指导,具有实际意义。