SnO_2/MWCNTs复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

采用电沉积法和浸渍法制备了氧化锡/多壁碳纳米管(SnO_2/MWCNTs)复合材料,并首次将其应用在海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的阳极改性,测试分析SnO_2/MWCNTs改性阳极的电化学性能和由其组成的电池性能。结果表明,SnO_2/MWCNTs复合阳极的氧化还原电化学活性和电子转移动力学活性分别是空白组的28.26倍和983.7倍;电容性能是空白组的43.14倍;阳极电荷转移电阻约是空白组的1/4。复合改性阳极组MSMFCs的最大功率密度(1 085.1 m W/m2)是空白组的2.17倍。机理分析表明,MWCNTs提高了阳极的导电性,SnO_2使氧化还原反应更容易进行,阳极的电容性能增加;在特殊的海洋弱碱条件下,SnO_2和MWCNTs的增强协同作用使复合改性阳极表现出更加优异的性能。     

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。     

碳纳米管/纤维素复合纸为电极的超级电容器性能

采用化学气相沉积法合成晶须状碳纳米管(WMWCNTs)和碳纳米管(MWCNTs)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)对其进行详细分析。以纸纤维为基体材料,晶须状碳纳米管和碳纳米管为功能材料,通过真空抽滤制得碳(WMWCNTs)/碳(MWCNTs)/纤维素复合纸。采用两电极测试体系,通过循环伏安及恒流充放电方法对其超级电容器性能进行测试。在扫描速率为1mV/s时,碳/碳/纤维素复合纸电极的比容量达到120F/g。在电流密度为0.4A/g时,碳/碳/纤维素复合纸电极比容量值可达51.5F/g。在电流密度为0.4~1.4A/g范围时,最大比能量和比功率分别为63.7Wh/kg和3.99kW/kg,表现出良好的超级电容器性能。     

液流电池用PAN碳毡材料的改性

液流电池是实现可再生能源大规模应用的新型绿色二次电池,其中电极材料的性能对于液流电池的实际应用具有重要意义。聚丙烯腈基(PAN)碳毡是液流电池的首选电极材料,为了进一步提高PAN碳毡电极材料的亲水性和电化学活性,近些年有关PAN碳毡的改性研究成为了热点。介绍了液流电池的工作原理及其电极材料,着重介绍了液流电池用改性PAN碳毡电极材料的研究现状,并展望了制备PAN碳毡电极材料的发展趋势。     

柔性SnO_2/ZnO复合光阳极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

通过简单易行的方法制备了SnO_2/ZnO复合纳米颗粒,利用XRD对SnO_2/ZnO结构进行表征。使用电泳技术制备无裂纹SnO_2/ZnO复合薄膜,考察了ZnCl2添加量对SnO_2/ZnO复合薄膜光阳极性能的影响,通过机械压膜方法对柔性导电衬底(ITO/PEN衬底)上的SnO_2/ZnO复合薄膜进行后处理,扫描电镜结果表明机械压膜处理使SnO_2/ZnO复合薄膜变得更加平滑,SnO_2/ZnO复合纳米颗粒之间的连接性能增强,光电测试结果表明机械压膜处理可以显著提高SnO_2/ZnO复合光阳极的光电性能,电池的开路光电压和短路光电流均得到明显提高,优化后柔性SnO_2/ZnO复合光阳极组装的染料敏化太阳能电池的光电转换效率(η)达到了3.95%,短路光电流密度(JSC)、开路光电压(VOC)和填充因子(FF)分别为16.43mA/cm2、0.493V和0.49。     

二硫化铁/石墨烯阳极:提升微生物燃料电池性能的新方案

正近期,哈尔滨工业大学刘绍琴课题组根据Geobacter产电微生物可以利用Fe~(3+)和S作为电子传递通路的特性,通过简便的水热反应合成了二硫化铁/石墨烯复合物(FeS_2/rGO)作为微生物燃料电池的阳极。该复合纳米结构不仅极大地改善了Geobacter产电微生物在电极表面的黏附能力,而且有利于Geobacter在群落中与其他细菌的竞争,实现了     

表面铁/氮掺杂介孔石墨烯气凝胶提升微生物燃料电池阳极性能的研究

以硫酸亚铁铵为铁源和氮源,利用水热反应和冷冻干燥法制备了铁/氮掺杂的介孔还原氧化石墨烯气凝胶(FNGA)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面分析仪对材料结构进行表征;采用循环伏安法和交流阻抗法对其电化学性能进行研究。结果表明,与直接水热还原得到的石墨烯气凝胶相比较,铁/氮掺杂的石墨烯气凝胶不仅具有孔径在10~20μm之间的三维多孔结构,而且还具有10nm以下的介孔结构并且具有较高的比表面积,当其作为电极材料时可以为电解液中的小分子氧化还原反应提供更多反应位点,将其作为阳极材料应用于希瓦氏菌微生物燃料电池中后,显著提高了电池的放电功率密度与电流密度,电池的最大功率密度可达到10.94 W/m2。为开发低成本高效的微生物燃料电极阳极材料提供了新的思路。     

碳纳米材料构建高性能锂离子和锂硫电池研究进展EI北大核心CSCD

碳作为单一元素可形成像零维碳纳米球、一维碳纳米管、二维石墨烯等多种碳纳米结构,它们在锂离子和锂硫电池中的表现也有所不同。需要阐明的是,碳纳米管和石墨烯由于具有以下缺点不适合直接作为锂离子或锂硫电池电极材料:(1)第一次不可逆容量大,首次充放电效率低;(2)在充放电曲线中电压滞后现象严重;(3)缺少稳定的电压平台;(4)容量衰减快。科学家们一直在为获得具有更高能量密度和更广阔应用前景的锂离子电池和锂硫电池而努力,由于可充电电池的性能主要取决于阴极和阳极的性能,因此,设计先进的电极材料以及制备具有特定成分和结构的电极成为近年来的研究热点。本文综述了碳纳米材料在构建高性能锂离子、锂硫电池电极材料和特定电极方面的作用。首先,从促进电子和离子传输、固定多硫化物位置以及缓冲体积膨胀三个方面讨论了碳纳米材料在修饰电活性材料的作用;其次,从作为导电添加剂、电流集流体和导电中间层三个方面讨论了碳纳米材料在最优化非活性组分的作用;然后,从作为非导电基体上的导电相、柔性电流集流体和自支撑复合电极三个方面讨论了碳纳米材料在柔性电池设计的作用。最后,本文对碳纳米材料的未来发展趋势作了概述,兼具多种功能的碳纳米材料被认为是今后的研究重点。     

铅酸电池添加多壁碳纳米管的作用

将经过化学处理的多壁碳纳米管添加到铅酸电池的阳极材料中,将其制作成电极并测试了不同充放电流条件下的循环特性,研究了碳纳米管对容量、循环寿命和活性的影响.X射线衍射分析证实在阳极板中形成了PbO2,在阳极板中添加多壁碳纳米管能够提高活性物质的利用率,还能有效抑制效率的降低.     

Ag-CNT/TiO_2复合电极对亚甲基蓝的光电催化降解作用(英文)

采用金属银修饰的碳纳米管制备了Ag-CNT/TiO2复合电极。利用X-射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),和能量分散性X射线分析(EDX)对所制的Ag-CNT/TiO2复合材料进行了表征。结果表明:二氧化钛颗粒和金属银颗粒在碳纳米管上均匀分布,所制电极具有较高的光电催化性能。其对亚甲基蓝的光电催化降解归因于一种协同效应,即二氧化钛的光降解、碳纳米管网络的电子辅助、金属银的增强和外加电势的作用。尤其是,经银修饰的复合电极增强了其对亚甲基蓝的光电降解,且随银含量的增加其光电催化效果增加。     

甲硫氨酸沉积物和电化学沉积聚噻吩改性阳极对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

使用电沉积的方法制备导电聚噻吩修饰的碳毡及在沉积物中添加甲硫氨酸组成一种新型双改性阳极,以此构建海底沉积物微生物燃料电池,并对阳极的电化学性能和电池性能进行测试。结果表明,双改性阳极表面微生物的数量为空白组的11.30倍,生物膜电容是空白组的1.4倍,说明双改性阳极提高了微生物的数量;双改性阳极循环伏安电容量(302.6 F/cm~2)是空白组(38.20 F/cm~2)的8.0倍,峰电流密度为5.980 A/m~2,交换电流密度(48.29×10~(-3)m A/cm~2)是空白组(0.073 7×10-3m A/cm~2)的651.3倍,说明双改性组的氧化还原电化学活性、抗极化能力和电子转移动力学活性显著提高;双改性电池的输出功率(190.6 m W/m~2)是空白组(71.8 m W/m~2)的2.7倍,说明双改性方法提高了电池阳极的电化学性能和电池性能。     

炭材料在全钒氧化还原液流电池中的电化学活性

炭材料在全钒氧化还原液流电池(钒电池)中主要用作电极。由于传统炭材料对钒电对氧化还原反应的电化学活性较差,因此,对以石墨毡为代表的炭材料电化学活性研究成为钒电池电极研究的重要组成部分。研究从石墨毡电极改性和炭材料作为催化剂应用两方面详述炭材料在钒电池中的电化学活性研究现状,先介绍含氧官能团和含氮官能团对钒电对氧化还原反应的电催化作用,回顾碳纳米管和石墨烯两类新型炭材料在钒电池中的应用。对炭材料电化学活性的今后研究工作进行展望,通过对炭材料性构关系的全面了解和对碳电极上的钒电对电化学反应过程动力学的深入研究,才能为炭材料在钒电池中的实际应用奠定扎实的理论和应用基础。     

Ir修饰碳毡对VO2+/VO2+电对电催化性能的影响

用热分解法使Ir包覆到碳毡表面,经过50次循环充放电后Ir的附着良好.稳态极化和循环伏安实验结果表明,Ir修饰后的碳毡电极上V(Ⅳ)/V(V)的电荷转移极化电阻降低,Ir催化剂降低了V-O键打开和形成的活化能,从而降低了电池极化.以Ir修饰碳毡为电池正极、酸和热处理的碳毡为负极组成的全钒氧化还原液流电池,在20 mAcm-2充放电时的电压效率达87.5%.与用未经修饰的碳毡组成的电池相比,电压效率提高6.9%,内阻降低了25%.     

微生物燃料电池阳极材料研究进展

微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为催化剂将化学能转化为电能的新型洁净能源装置。与其他技术相比,微生物燃料电池(MFC)在处理污水的同时能够产电。现有的MFC装置以及电极材料、隔膜等均未达到预期的效果,通过了解MFC的结构及机理,主要针对目前MFC低产电、高成本的现状,从电池电极材料、催化剂和隔膜等几方面综述了近几年的发展。阳极作为产电微生物的载体,是影响电池性能的关键。碳基材料由于其成本低、导电性好、有利于产电微生物的附着,被作为理想的阳极材料。着重介绍了阳极碳基材料的修饰及新型材料的合成。     

阳极碳纸叠加层数对微生物燃料电池产电性能的影响

以大肠杆菌(E.coli)为微生物催化剂、葡萄糖为燃料、次甲基蓝(C_(16)H_(18)CLN_3S·3H_2O)为电子煤介体构建双室微生物燃料电池(MFC),通过考察开路电压、功率密度、循环伏安、交流阻抗、极化曲线的变化规律,研究不同碳纸叠加层数对电池产电性能的影响。试验结果表明:在1000Ω外阻条件下,以1、3、5片碳纸叠加作为电池阳极,得到MFC最大输出功率密度分别为252.5mW/m~2、358.7mW/m~2和674.65mW/m~2,电池内阻分别为400Ω、300Ω和200Ω。说明阳极比表面积随着碳纸叠加层数增加而增大,为E.coli提供了更大的成膜空间,为产电菌的附着提供了有利条件,同时内阻减小,MFC输出功率密度大幅提高。     

静电增强超声雾化法制备SnO_2-MWCNTs薄膜研究

将等离子处理的多壁碳纳米管(MWCNT)超声分散于四氯化锡(SnCl_4)的乙醇盐溶液中,利用静电增强超声雾化法制得二氧化锡-多壁碳纳米管(SnO_2-MWCNTs)薄膜。采用场发射扫描电镜对其微观形貌进行表征,结果表明经等离子处理的MWCNTs团聚减弱,均匀分散于微孔薄膜上,薄膜厚度5~6μm;X-射线衍射分析结果表明制得的SnO_2-MWCNTs薄膜无其他杂质,较为纯净,晶粒尺寸3nm左右。电阻率测试结果表明薄膜的导电性能随沉积温度的升高而增大,随后趋于平缓,当沉积温度为300℃时,SnO_2-MWCNTs薄膜的电阻率低至0.01Ω·cm。     

聚丙烯腈基碳毡电极改性处理及电化学性能研究

研究了1100、1600和2000℃下制备的聚丙烯腈基碳毡电极,结果表明2000℃下制备的碳毡电极在未改性处理前,电化学性能要优于1100、1600℃下制备的碳毡电极;对碳毡通过硫酸、硝酸、盐酸、热处理进行改性处理进行比较,结果显示:经过硝酸处理5h和450℃下热处理2h后,3种温度下制备的碳毡电极性能均得到明显提升,2000℃下制备碳毡电极改性效果最好,可用于钒液流电池作为电极。     

对称固体氧化物燃料电池电极材料Sm0.9Pr0.1FeO3-δ的制备及性能研究

采用柠檬酸-硝酸盐自蔓延燃烧法合成了Sm_(0.9)Pr_(0.1)FeO_(3-δ)(SPF)粉体。以YSZ为电解质,SPF同时作为阴极和阳极,构建了对称固体氧化物燃料电池SPF|YSZ|SPF。利用X射线衍射法研究材料的成相以及相互间的化学稳定性,交流阻抗法记录界面极化行为,热膨胀仪评估材料的热膨胀系数,用扫描电子显微镜观察电池的断面微观结构,用自组装的测试系统评价电池输出性能。结果表明,合成的SPF粉体呈钙钛矿结构,且在还原条件下仍保持不变,与电解质YSZ间有良好的化学及热稳定性;800℃时空气及氢气气氛下的电解质|电极间的极化阻抗分别为0.15和15.80Ω·cm2;以加湿H2(含体积分数3%的水蒸气)为燃料气,空气为氧化气时,单电池SPF|YSZ|SPF输出功率密度为168mW/cm2。结果显示SPF是对称固体氧化物燃料电池良好的候选电极材料。     

β_2-SiW_(11)/PANI/SnO_2三元复合催化剂的制备及光催化性能

以杂多酸盐β_2-K_8SiW_(11)O_(39)·14H_2O为掺杂剂,采用固相法制备了β_2-SiW_(11)/PAIN/SnO_2三元复合催化剂,并用红外光谱、X-射线粉末衍射和扫描电子显微镜等手段对其进行了表征。以亚甲基蓝染料废水(8 mg/L)为探针反应,评价了其光催化性能,与一元催化剂SnO_2、β_2-SiW_(11)和二元催化剂/PAIN/SnO_2比较,三元催化剂β_2-SiW_(11)/PAIN/SnO_2表现出较高的光催化降解性能,经30W紫外灯照射120min后,其降解率为94.63%,光催化降解亚甲基蓝为一级动力学反应。     

不锈钢/β-PbO2-CNT复合镀层电极的制备及其性能

为了获得一种锌电解用新型阳极材料,在不锈钢上先电化学沉积α-PbO2为中间层,再在镀液中掺杂碳纳米管(CNT)制备了β-PbO2-CNT复合镀层。通过扫描电镜、X射线衍射仪及电化学方法研究了复合镀层的形貌、成分及不同CNT含量的复合镀层在Zn2+-H2SO4体系下的电化学性能。结果表明:CNT掺杂细化了β-PbO2-CNT复合镀层的晶粒,复合镀层表面有正八面体的β-PbO2颗粒、CNT以及因CNT而生成的小八面体β-PbO2晶粒,掺杂CNT提高了复合镀层电极的电催化性能,但对其耐蚀性的提高不多;镀液中CNT的含量为20 g/L时,制备的复合镀层电极的电催化性能和耐蚀性能较好,与Pb-Ag(1%)合金电极相比,以复合镀层电极作锌电解阳极时槽电压下降了160 mV,电流效率有所提高。