导电聚合物修饰微生物燃料电池阳极的研究进展

阳极作为微生物燃料电池的重要组成部分,其性能直接影响微生物燃料电池的产电效率。主要综述了聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物及其复合物修饰微生物燃料电池阳极材料的最新研究进展,对修饰材料的特点与性能进行了分析,最后对导电聚合物修饰微生物燃料电池阳极进行了展望。     

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。     

微生物燃料电池中阳极材料的研究进展

微生物燃料电池能在去除污染物的同时产生电能,但其功率密度差、电子转移效率低。其中阳极是影响微生物燃料电池的一个关键部分,但通常所用的阳极材料对微生物吸附不充分,而且电子传递速率慢,限制了微生物燃料电池的电流密度。因此对阳极改性和开发新型阳极材料成为了研究的重要方向。综述了关于阳极改性和新型阳极材料开发的研究进展,并对阳极材料在未来的研究方向做出展望。     

CeO2-β-CD改性阳极微生物燃料电池处理抗生素废水的性能研究

为了提高微生物燃料电池的性能，提出采用纳米级氧化铈(CeO₂)和β-环糊精(β-CD)进行阳极改性的方法。采用溶液浸泡法制备CeO₂-β-CD改性碳毡阳极，以制药废水为阳极液，以驯化污泥为微生物菌种，对比分析3种不同阳极对双室微生物燃料电池性能的影响。结果表明，采用CeO₂-β-CD改性阳极的微生物燃料电池的稳态电流密度、最大功率密度、150 h的发电能量及对制药废水的化学需氧量(COD)去除率分别约为0.22 A·m^-2、0.073 W·m^-2、86.26 J和68%，较采用未改性碳毡阳极的微生物燃料电池分别提高了266.7%、114%、522.4%和94%。CeO₂-β-CD改性阳极显著提高了微生物燃料电池的产电能力和废水处理效果。     

重铬酸钾和氯酸钾改性阳极对MFC性能的影响

针对微生物燃料电池产电电流密度低等问题,提出重铬酸钾(K_2Cr_2O_7)和氯酸钾(KClO_3)改性阳极提高微生物燃料电池性能的方法。以湖底污泥为阳极底物,糖蜜废水为阳极液,高锰酸钾(KMnO_4)和氯化钠(NaCl)的混合液为阴极液,构建微生物燃料电池实验系统;以K_2Cr_2O_7或KClO_3为电解液,通过电解处理对阳极进行改性。结果表明,采用质量分数为6%的K_2Cr_2O_7溶液对阳极进行改性时,微生物燃料电池系统的产电性能和净水效果达到比较好的状态,其稳态输出电压约为8.5 mV,稳态电流密度为7.9 mA·m~(-2),对糖蜜废水的化学需氧量(COD)去除率约为35.2%。K_2Cr_2O_7或KClO_3改性碳布作为阳极的微生物燃料电池的发电性能和水处理效果均有明显改善。     

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。     

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。     

石墨烯修饰微生物燃料电池降解十二烷基磺酸钠

以十二烷基磺酸钠为阳极电子供体,同时以石墨烯为催化剂对电极进行修饰。将修饰前后微生物燃料电池的产电性能和十二烷基磺酸钠的降解情况进行对比,经过修饰的电极装置产电效率明显增大,最大电压增加了1倍,并使十二烷基磺酸钠的降解率从49.85%提高到65.11%。这说明用石墨烯修饰后的微生物燃料电池在稳定产电的同时降解十二烷基磺酸钠是可行的,为废水中阴离子表面活性剂的去除提供了新的方法与研究方向。     

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.     

碱性燃料电池阳极催化剂的研究进展

碱性燃料电池性能较稳定,催化剂的选择不受贵金属的限制。其中,阳极催化剂对加速燃料的氧化反应速率、碱性燃料电池的能效、稳定性和成本都有很大的影响。该文从碱性燃料电池阳极催化剂种类、载体和制备方法等方面对近年来阳极催化剂的研究现状进行了分析。分析结果表明,掺杂不同金属的合金催化剂有效提高了催化剂的电催化活性;催化剂载体种类、负载量和分散度的不同影响催化剂的稳定性;金属氧化物的加入可以同时提高催化剂的电催化活性和稳定性;催化剂制备方法的改进可以提高催化剂电化学比表面积,改变元素的分布。     

Cu-Ce-Zr-O／YSZ阳极材料以甲烷为燃料时的抗积炭性能

为研究甲烷在固体氧化物燃料电池中操作稳定性,分别采用共沉淀法和柠檬酸溶胶.凝胶法制备了10%CuO-Ce0.15Zr0.85O2催化剂,并以此为阳极催化剂、LSM为阴极制成了YSZ电解质支撑的SOFC单电池.用XRD对材料进行表征;用SEM对阳极,阴极进行表征.以甲烷为燃料对单电池发电性能进行测试,研究了两种不同方法制备的Cu-Ce-Zr-O阳极催化剂的抗积炭性能.相对于共沉淀法,溶胶-凝胶法制备的阳极结构和发电性能都要优于前者.长期稳定性方面,共沉淀法和溶胶.凝胶法制备的Cu-Ce-Zr-O/YSZ阳极都较传统的Ni-YSZ阳极更能够长期稳定运行.     

海泥电池Fe_3O_4/PANI复合阳极制备及电化学性能

由FeCl2、FeCl3、樟脑磺酸及苯胺合成Fe3O4/PANI,将Fe3O4/PANI粉末与碳粉按1∶1混合均匀,同聚四氟乙烯乳液调和后,压涂在石磨电极表面,制成Fe3O4/PANI复合阳极并测试其电化学性能。结果表明,改性后阳极表面细菌附着数量提高2倍多,有利于细菌附着。复合阳极抗极化性能明显提高,动力学活性明显增强,电流密度增加,最大功率密度提高到300 mW/m2。该复合阳极可望用于海泥电池的应用开发研究。     

Electrochemical characterization of anodic biofilm development in a microbial fuel cell

Electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, and polarization tests were used to monitor the progress of the anode colonization by electrode-reducing microorganisms in a single-chamber membraneless microbial fuel cell seeded with anaerobic sludge. The electrochemical methods showed that an increase in microbial fuel cell power output coincided with a progressive decrease of the anode internal resistance and a more negative open circuit potential. Two redox systems were observed in cyclic voltammograms shortly after microbial fuel cell startup, while a redox system with a peak around ?330 mV (vs. Ag/AgCl) was predominant in the mature biofilm. The redox systems were also dependent on the external resistance chosen for microbial fuel cell operation. This suggests that within the diverse microbial populations several species are capable of electron transfer to the anode, and that the microorganisms with the highest electron transfer rate become predominant. Furthermore, the growth of these electrode-reducing microorganisms can be accelerated by optimizing the microbial fuel cell electrical load.     

Experimental Investigations and Modeling of Direct Internal Reforming of Biogases in Tubular Solid Oxide Fuel Cells

Biogas‐fed Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) systems can be considered as interesting integrated systems in the framework of distributed power generation. In particular, bio‐methane and bio‐hydrogen produced from anaerobic digestion of organic wastes represent renewable carbon‐neutral fuels for high efficiency electrochemical generators. With such non‐conventional mixtures fed to the anode of the SOFC, the interest lies in understanding the multi‐physics phenomena there occurring and optimizing the geometric and operation parameters of the SOFC, while avoiding operating and fuel conditions that can lead to or accelerate degradation processes. In this study, an anode‐supported (Ni‐YSZ) tubular SOFC was considered; the tubular geometry enables a relatively easy separation of the air and fuel reactants and it allows one to evaluate the temperature field of the fuel gas inside the tube, which is strictly related to the electrochemical and heterogeneous chemical reactions occurring within the anode volume. The experiments have been designed to analyze the behavior of the cell under different load and fuel utilization (FU) conditions, providing efficiency maps for both fuels. The experimental results were used to validate a multi‐physics model of the tubular cell. The model showed to be in good agreement with the experimental data, and was used to study the sensitive of some selected geometrical parameters modification over the cell performances.     

High Performance by Applying IrCo/C Nanoparticles as an Anode Catalyst for PEMFC

IrCo bimetallic anode catalysts for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) have been synthesized with a modified ethylene glycol method. X‐ray diffraction, TEM, CV, and linear sweep voltammetry results show that after the modification of Co, Ir nanoparticles supported on carbon exhibit high activity for hydrogen oxidation reaction (HOR). The maximum power density of 610.5 mW cm^–2 of a 50 cm² single cell is achieved using 20%Ir–30%Co/C catalyst as the anode, with a loading of 0.2 mg_Ir cm^–2. It is suggested that IrCo/C proposed in this work may be used as anode catalyst of PEMFC.     

Design of a reference electrode for high-temperature PEM fuel cells

In this work, we present the design of an external reference electrode for high-temperature PEM fuel cells. The connection between the reference electrode with one of the fuel cell electrodes is realized by an ionic connector. Using the same material for the ionic connection as for the fuel cell membrane gives us the advantage to reach temperatures above 100 °C without destroying the reference electrode. This configuration allows for the separation of the anode and cathode overpotential in a working fuel cell system. In addition to the electrode overpotentials in normal hydrogen/air operation, the influence of CO and CO + H₂O in the anode feed on the fuel cell potentials was investigated. When CO poisons the anode catalyst, not only the anode potential increased, but also the cathode overpotential, due to fewer protons reaching the cathode. By the use of synthetic reformate containing hydrogen, carbon monoxide and water on the anode, fuel cell voltage oscillations were observed at high constant current densities. The reference electrode measurements showed that the fuel cell oscillations were only related to reactions on the anode side influencing the anode overpotential. The cathode potential, in contrast, was only negligibly affected by the oscillations under the applied conditions.     

乙醇电催化氧化反应动力学分析与研究进展

乙醇是一种很有吸引力的燃料电池电动汽车燃料。乙醇电催化氧化反应动力学研究对于直接醇类燃料电池和间接醇类燃料电池的阳极电催化剂开发有重要作用。本文依据反应机理和阳极电催化剂活性对乙醇的电催化氧化反应动力学进行了讨论，介绍了先进的微分电化学质谱技术在乙醇电催化反应动力学研究中的应用。     

樊立萍1,*,温越霄1,2

为提高微生物燃料电池(MFC)的废水处理效果和发电性能,制备了一种海藻酸钠-聚季铵盐11/碳毡(SA-PQ-11/CF)阳极,分别以制药废水和糖蜜废水为阳极液,以碳毡为阴极,构建微生物燃料电池(MFC)实验系统,通过扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安特性(CV)、化学需氧量(COD)对其性能进行表征。结果显示,SA-PQ-11/CF阳极具有较大的比表面积,MFC的溶液电阻和电荷转移电阻也得到明显降低。阳极液为制药废水时,采用SA-PQ-11/CF阳极的MFC的稳态输出电压和COD去除率分别约为0.22 V和62%,较常规碳毡阳极时分别提高了100%和130%。阳极液为糖蜜废水时,采用SA-PQ-11/CF阳极的MFC的稳态输出电压和COD去除率分别为0.15 V和43%,分别较采用常规碳毡阳极时提高了275%和95%。基于SA-PQ-11的阳极改性能够有效提高MFC的废水处理效果和产电能力。