微生物燃料电池阳极材料的修饰研究进展

简要介绍了微生物燃料电池以及微生物燃料电池阳极材料,分别从碳纳米管、导电聚合物、石墨烯、金属及金属离子、中介体以及复合材料等方面介绍了目前微生物燃料电池阳极材料修饰的研究进展,最后展望了微生物燃料电池的应用前景。     

微生物燃料电池阳极改性修饰最新研究进展

阳极是影响微生物燃料电池性能的重要因素之一,开发简易、高效的阳极改性修饰方法对微生物燃料电池的实际应用具有关键作用。对目前微生物燃料电池阳极改性修饰的最新进展展开综述,总结了分析阳极材料的方法,并对阳极修饰方法未来发展趋势进行了展望。     

微生物燃料电池阳极材料的研究概况

综述了不同种类阳极材料(碳基材料、金属基材料、改性材料、天然材料和新型材料)在微生物燃料电池中的研究进展,对阳极材料在微生物燃料电池中作用机理进行了总结。探究了不同阳极材料所产生的输出功率、功率密度、电压、电流密度以及对污染物的降解效果,分析了提升产能的原因。对微生物燃料电池阳极材料的不足之处进行了阐述,对其未来发展提出了展望。     

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。     

GO/PEDOT复合材料修饰阳极的制备及其在MFC中的应用

微生物燃料电池（MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置,通过改善阳极特性可以有效提高微生物燃料电池的产电性能。通过恒电流法电沉积制备了氧化石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩（GO/PEDOT）复合材料修饰碳毡（CF）阳极。通过循环伏安法和交流阻抗法考察了电极特性。将其应用到微生物燃料电池中,对其产电性能进行评价。结果表明,GO/PEDOT-CF电极具有较大的比表面积和优良的电化学性能;以GO/PEDOT-CF为阳极的微生物燃料电池,产电性能良好,其最大功率密度和最大电流密度达到1.138 W·m^-2和4.714 A·m^-2,分别是未修饰阳极的4.80倍和5.51倍。因此,GO/PEDOT复合材料是一种优良的阳极修饰材料,可有效提高MFC的产电性能。     

微生物燃料电池电极材料的最新研究进展

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）,是一种同步废水处理与产能的新技术——以微生物为催化剂降解废水中的有机物,将其中的化学能转化为电能。本文介绍了微生物燃料电池阳极和阴极材料以及电极催化剂的最新研究进展,讨论了提高微生物燃料电池性能的方法,即通过使用纳米材料修饰电极来提高微生物及催化剂的吸附面积、结合不同材料的优点制作复合材料做催化剂来克服单一材料的不足之处,以期研究和开发出高性能的微生物燃料电池;指出微生物燃料电池的应用前景是将微生物燃料电池与其它技术相耦合来提前实现它的实际应用。     

污水微生物燃料电池的细菌催化剂驯化

采用一种无腔室连续流结构作为微生物燃料电池的反应器,考察了驯化条件和阳极电极材料对无介体微生物燃料电池性能的影响。结果表明,培养液COD负荷、电极材料以及放电电流对微生物燃料电池的性能都有直接影响。在驯化的初始阶段培养液的COD负荷和电流不宜过大,否则会影响厌氧微生物代谢,导致其丧失电活性;以20%PTFE石墨膜作为阳极电极材料,其孔径大小与厌氧微生物个体大小更为匹配,同时也具有较高的孔隙率,表现出最好的阳极性能。     

GO/PEDOT复合材料修饰阳极的制备及其在MFC中的应用

微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置,通过改善阳极特性可以有效提高微生物燃料电池的产电性能。通过恒电流法电沉积制备了氧化石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩(GO/PEDOT)复合材料修饰碳毡(CF)阳极。通过循环伏安法和交流阻抗法考察了电极特性。将其应用到微生物燃料电池中,对其产电性能进行评价。结果表明,GO/PEDOT-CF电极具有较大的比表面积和优良的电化学性能;以GO/PEDOT-CF为阳极的微生物燃料电池,产电性能良好,其最大功率密度和最大电流密度达到1.138W·m?2和4.714 A·m?2,分别是未修饰阳极的4.80倍和5.51倍。因此,GO/PEDOT复合材料是一种优良的阳极修饰材料,可有效提高MFC的产电性能。     

活性炭修饰微生物燃料电池阳极的研究

利用活性炭修饰碳布作为微生物燃料电池阳极,并与多壁碳纳米管修饰的阳极和未修饰的碳布进行了的比较。结果表明,装配活性炭修饰碳布阳极运行的微生物燃料电池获得的最大功率密度为510 mW/m2,相较于多壁碳纳米管修饰的阳极和未修饰的碳布阳极分别提升了7%和54.5%。电极的电化学性质利用循环伏安法(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试表明,活性炭修饰碳布具有良好的电化学特性。     

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.     

表面改性金属双极板在直接甲醇燃料电池中的应用

石墨双极板由于制作成本高、易碎等不利因素严重制约直接甲醇燃料电池（DMFC）的发展。表面改性后的金属材料由于具备接触电阻低，加工强度高等优点而受到广泛关注。但是，迄今为止，国内少见改性金属双极板在DMFC中的研究报道。本文分别对金属及其氧化物、导电高分子、碳膜及金属碳化物、金属氮化物作为金属材料表面改性膜层进行了详述。基于改性金属双极板在模拟DMFC运行环境中的腐蚀原理，重点分析了表面改性前后金属双极板的抗腐蚀性能、接触电阻、表面涂层的成分及形态等关键参数，分析比较了改性涂层金属双极板对燃料电池运行中的电化学行为和寿命的影响。展望了表面改性金属双极板在DMFC中应用的研究趋势，为实现DMFC便携式发展奠定了良好的基础。     

人工湿地-微生物燃料电池系统的发展及展望

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统是一种新型生物电化学工艺。在该系统中，人工湿地为微生物燃料电池提供所需的氧化还原梯度和化学能，而微生物燃料电池可以提高人工湿地的处理效能并通过产电的方式回收能源，目前研究主要集中在水处理方面。本文结合近几年人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的发展，从系统构建和系统性能的影响因素两个方面综述了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究现状，其中影响因素包括系统的组成要素（湿地植物、电极材料、基质材料和微生物）和系统运行参数（有机负荷和废水成分、水力停留时间、溶解氧和进水方式）两个方面。最后提出了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统需要解决的主要问题：提高系统的库仑效率，进一步降低构建成本，提高系统去污及产电的综合性能，使该系统最终实现产业化。     

基于膜电极的质子交换膜微生物燃料电池

通过采用传统电化学燃料电池的技术和材料,以寻求提高微生物燃料电池的电流密度,制作基于膜电极的微生物燃料电池。通过构建温控压力机,制作了一系列膜电极(MEA),并对作为正极的多种碳材料进行了筛选。使用定制的玻璃微生物燃料电池来放置膜电极和培养Geobacter sulfurreducens,对产生的电流进行评价。细胞的生长以乙醇为唯一碳源,因而代表了一种新型的乙醇/氧气燃料电池。相比以前的设计,基于膜电极的微生物燃料电池的电极表面每个单位会多产生出100倍的电流,并且可以被长久使用。     

多孔离子传导电池隔膜研究进展

具有高离子选择性和高电导率的离子传导膜对于以新能源为主体的新型电力系统（如液流电池、燃料电池、锂电池等）至关重要。近年来，研究者们提出了构建多孔离子传导膜以应对传统隔膜普遍存在的离子选择性和电导率之间的权衡效应。本综述从无机多孔离子传导膜、有机多孔离子传导膜以及多孔离子传导复合膜三个方面简要概述了近年来多孔离子传导膜作为电池隔膜的最新研究进展，总结了多孔离子传导膜在液流电池、燃料电池、锂电池等新能源电池中的前沿性工作，并指出未来多孔离子传导电池隔膜的研究将重点关注多孔膜结构的调控、高性能多孔膜材料的开发以及多孔膜在新型电池中的应用。     

废水处理新理念——微生物燃料电池技术研究进展

近年来微生物燃料电池技术在国外接连取得突破性研究成果,并迅速成为新概念废水处理的热点。介绍了微生物燃料电池技术的原理和特点,系统综述了该项技术的研究进展,重点总结了在产电菌、系统构型与材料研究等方面的最新研究成果,分析了存在的问题,在此基础上指出微生物燃料电池技术研究的重点突破方向。     

合成生物学方法改造电活性生物膜研究进展

电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA（extracellular DNA, eDNA）、菌毛等成分聚集，与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现，在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医疗等领域中具有至关重要的作用，是微生物电催化系统研究的核心之一。但自然状态下的电活性生物膜因厚度、结构稳定性、生物量等因素的限制，严重制约了电子传递效率。综述了近五年利用合成生物学改造电活性生物膜的研究进展，系统探讨了工程生物膜的构建、结构成分、导电性能以及应用，为将来进一步实现高效电催化奠定基础。     

基于中心损失的条件生成式对抗网络的冷水机组故障诊断

针对冷水机组产生的故障数据不足,数据集中正常数据和故障数据数量不平衡,进而导致故障诊断精度下降的问题,提出一种基于中心损失的条件生成式对抗网络(central loss conditional generative adversarial network,CLCGAN)和支持向量机(support vector machine,SVM)的故障诊断方法。首先,CLCGAN利用少量真实故障数据生成新的故障数据;然后,将生成的故障数据与初始数据集混合,使正常数据与故障数据的数量达到平衡;最后,利用平衡数据集构建SVM模型进行故障诊断。在GAN生成冷水机组故障数据时,构建动态中心损失项并加入到目标函数中,利用动态的中心损失减少冷水机组生成的各种故障数据的类内距离,从而降低各个故障生成数据之间的重叠程度,增加生成数据的可靠性。在生成故障数据之前配置相应的故障标签,并输入到CLCGAN中指导数据生成过程,使生成的故障数据可以均衡地分布于各个故障类别。在ASHRAE 1043-RP数据集上对所提方法进行了验证,结果表明,相较于其他解决数据不平衡问题的故障诊断方法,所提方法具有更高的故障诊断准确率。     

Self Humidifying Hybrid Anion–Cation Membrane Fuel Cell Operated Under Dry Conditions

Hybrid fuel cells composed of a low‐pH proton conductive membrane in contact with a high‐pH anion conductive membrane were investigated. The effect of relative humidity (RH), ionomer content in the anion‐conductive electrode and the inlet gas flow rates were evaluated. The formation of water at the junction of the anion conductive member and proton conductive membrane is especially interesting because it can self‐humidify the fuel cell when dry gases are used. In situ alternative current (AC) impedance spectroscopy was used as a diagnostic tool to understand the performance limitations under different test conditions. The cell output increased at low RH compared to a traditional proton exchange membrane fuel cell. The cell current under dry conditions was limited by the availability of oxygen in the catalyst sites due to flooding in the electrode layer. The ionomer fraction of the high‐pH cathode plays a significant role in the cell performance. At high gas feed rates, water removal from the electrode layers increased and mitigated the effects of flooding. The hybrid cells were operated at steady‐state operation at 0.58 V and 200 mA cm^–2 using dry H₂/O₂ feeds at 80 °C.     

燃料电池的发展趋势

介绍了燃料电池的工作原理、优缺点;同时以燃料电池应用为背景,综述不同类型的燃料电池如车用质子交换膜燃料电池、航天飞行器用再生燃料电池、小型便携式产品用直接甲醇燃料电池、中小型电站用固体氧化物燃料电池(SOFC)、微生物燃料电池(MFC)的技术发展现状与研究热点,并指出了未来燃料电池的发展趋势.