本文關鍵詞：石墨烯基改性陽極在海底微生物燃料電池中的電化學性能研究

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【摘要】：微生物燃料電池(MFC)是一種新型的生物電化學裝置,通過微生物的新陳代謝將生物質能轉換為電能。陽極區(qū)域,有機物被氧化釋放出電子和質子,電子通過外部電路流向陰極產生電流：陰極區(qū)域,氧與電子和質子反應生產水。海底微生物燃料電池(BMFC)是微生物燃料電池的一種,具有可持續(xù)、環(huán)境友好、免維護等優(yōu)點,也用于海底監(jiān)測儀器長期電源,具有重要的研究意義。BMFC的問題在于其較低輸出功率限制了進一步的應用。陽極材料的表面性質對電池性能具有重要的影響。近年來,用不同的材料改性陽極,促進陽極表面細菌粘附和電子轉移,已經成為提高BMFC產電能力的有效方法。本論文主要應用石墨烯材料改性電池陽極,研究改性陽極對BMFC性能的影響,主要研究如下：(1)利用2-羥基-1,4-萘醌(HNQ)和氧化石墨烯(GO)制備復合改性陽極,并研究其電化學性能。結果表明,GO/HNQ改性陽極的交換電流密度是空白電極的6.58倍,達到290.8 mA/m2。GO/HNQ改性使BMFC的最大功率密度達到346 mW/m2,是空白組的3.46倍。紫外檢測結果表明GO特征峰呈現(xiàn)顯著紅移,這可能與GO和HNQ之間的π-π堆積有關,提出改性陽極表面新的電子轉移機理。(2)利用石墨烯/Fe3O4復合材料制備改性陽極,并研究其電化學性能。結果表明：石墨烯/Fe3O4復合改性陽極具有較高的抗極化性能,改性陽極的交換電流密度達到346.77 mA/m2,電子轉移動力學性能提是空白電極的9.8倍；電池的最大功率密度達到471.7 mW/m2,與空白電極相比提高了2.9倍。石墨烯與Fe3O4之間的協(xié)同作用是電池性能提高的主要機理。(3)采用化學還原法制備石墨烯,并用不同質量(0.01 g、0.02 g、0.05 g)的石墨烯修飾碳氈電極,得到改性陽極。結果表明：0.05 g石墨烯改性陽極的抗極化性能最好,電池的最大功率密度為457.4 mW/m2(0.01 g改性電池的為312.9 mW/m2)。最后本文認為,石墨烯較大的比表面積可能有利于細菌的附著,以及石墨烯優(yōu)良的導電性是提高電池性能的原因。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TM911.45

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