聚苯胺改性陽極海底微生物燃料電池及電池性能分析
發(fā)布時間：2020-11-11 19:12
海底微生物燃料電池(Benthonic microbial fuel cell,BMFC)利用海底沉積泥中的微生物降解有機物來獲得電能,具有底物豐富,長期運行,維護成本低,環(huán)境友好等特點,具有很好的研究價值和廣闊的發(fā)展前景。目前,海底微生物燃料電池不能得到廣泛地實際應用,主要是由于其低的功率密度輸出和長期運行的不穩(wěn)定性,其中陽極是限制其功率密度輸出的主要因素之一。在本論文研究中,比較了不同陽極材料和預處理方法以及陰陽極面積比分別對BMFC性能的影響。由實驗結果得出,選用碳氈作為陽極材料,電池性能最穩(wěn)定;陰陽極電極最佳面積比為1:1;1 mol/L氨水浸泡處理碳氈陽極時,BMFC最大開路電壓值最高,為0.76 V。為了提高陽極的性能,本論文探究了恒電位合成聚苯胺修飾陽極不同后處理對電池性能影響;不同電化學合成法制備聚苯胺修飾陽極對電池性能影響;聚苯胺分別與鐵化合物、錳化合物的復合物修飾陽極對BMFC性能的影響。研究結果表明,氨水后處理PANI修飾的陽極提高電池性能的效果最好,最大輸出功率達5.58 m W/m2;脈沖電位法合成聚苯胺修飾陽極的電池輸出功率密度最大,為9.93 m W/m2;聚苯胺與鐵化合物的復合物修飾陽極能夠更好的提高電池性能,最大輸出功率密度達17.51 m W/m2,是空白對照組的8.11倍。由于泡沫鎳具有耐堿性以及好的電催化活性,因此本論文利用泡沫鎳作為陽極材料,探究了PANI以及PANI-Mn修飾泡沫鎳陽極在BMFC中的應用。實驗結果表明,PANI對泡沫鎳陽極的修飾不會對泡沫鎳本身的電極活性產(chǎn)生影響,在提高電池運行穩(wěn)定性的同時也提高了最大輸出功率密度,達34.53 m W/m2。BMFC在外接負載條件下,PANI-Mn修飾泡沫鎳陽極BMFC的平均電流密度以及平均功率密度輸出最高,分別為38.0 m A/m2和6.69 m W/m2,是PANI修飾泡沫鎳陽極BMFC的1.1倍和1.2倍,提高了BMFC的電能輸出。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TM911.45
【部分圖文】：
圖 1-1 海底微生物燃料電池結構圖[8] 年，Schindler 等[11]用鉑電極跟參比電極測試近海底泥不同深度下實了近海沉積泥在氧化還原作用下可產(chǎn)生電勢的潛能。Mark E.N構建 BMFC 裝置應用于實海環(huán)境中，實現(xiàn)了從海底沉積泥中獲取的，圖 1-2 為其 BMFC 實驗裝置圖。Leonard M. Tender 等[13]通過置并將其運行在實海環(huán)境中，為氣象浮標供電，證明 BMFC 可以的供電裝置，圖 1-3 為其構建的 BMFC 實驗裝置圖。Chadwick 等
哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文、潮汐周期、壓力變化、水流變化、鹽度和電導率以及溶解氧的變化）可以很易地影響微生物生理并最終影響 BMFC 的性能，例如 Nielsen 等[15]觀察到電流蕩的頻率與潮汐抽水的頻率是一致的，漲潮到退潮海水導電性的變化使得MFC 的總電阻減少了 100 Ω。Donovan 等[16]開發(fā)了一個電源管理系統(tǒng)，在此系中 BMFC 不需要損耗陽極就可以提供充足的電能，即通過使用電容存儲電荷、壓比較器和直流電-直流電轉換器（DC-DC 轉換器）把電壓增高到 3.3 V（可為大多數(shù)固態(tài)裝置提供充足的電能）。Seok Won Hong 等[17]探究了沉積型 MFC電性能影響因素，研究結果發(fā)現(xiàn)，電池的外接負載、陰極液中的溶解氧含量等會影響 MFC 的產(chǎn)電量。Reimers C E 等[18]利用海水與底泥界面沉積泥應用于海 BMFC，產(chǎn)生 0.7 V 開路電壓，最大功率密度達 1.2 W/m2。An J 等[19]利用水中沉積泥作為陽極泥，研究了陽極泥下深度從 2 cm 到 10 cm 變化時對電池性影響，結果發(fā)現(xiàn)：BMFC 的陽極泥下深度越大，電池的最大輸出功率密度會增，但是相應的電池的內阻也越大，因此電池的內阻能量消耗會增大。
圖 1-3 BMFC 實驗裝置圖[13]究的深入，研究者們對微生物產(chǎn)電的機理及電子傳遞微生從電子供體（燃料）到電子受體（氧化劑）的能量流動是系的驅動力。當最終電子受體可溶并可以透過細胞膜時，而固相化合物（如鐵、錳氧化物，或大分子化合物如腐殖時，細胞需要通過胞外電子傳遞獲得能量。在異化金屬還程中，首先對與細胞膜結合的電活性化合物與電活性表面行研究。已經(jīng)證明氧化還原活性蛋白，如細胞色素 c 和鐵胞外膜上并作為直接的電子穿梭通道將電子運輸?shù)焦滔嚯娺f鏈中，這些蛋白質的調節(jié)和集結已經(jīng)在希瓦氏菌和地桿Myers 等[20-22]對胞外電子傳遞到金屬化合物涉及的希瓦氏次探索，研究表明，通過一種特殊的細胞色素 c 使胞外電這種細胞色素 c 將電子從醌池傳遞到其他十亞鐵血紅素細地桿菌的胞外電子傳遞機制的研究采用的是對希瓦氏菌研l(wèi)iger 等[23]最初的研究說明硫還原地桿菌在厭氧呼吸時細胞
【參考文獻】
本文編號：2879615
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TM911.45
【部分圖文】：
圖 1-1 海底微生物燃料電池結構圖[8] 年，Schindler 等[11]用鉑電極跟參比電極測試近海底泥不同深度下實了近海沉積泥在氧化還原作用下可產(chǎn)生電勢的潛能。Mark E.N構建 BMFC 裝置應用于實海環(huán)境中，實現(xiàn)了從海底沉積泥中獲取的，圖 1-2 為其 BMFC 實驗裝置圖。Leonard M. Tender 等[13]通過置并將其運行在實海環(huán)境中，為氣象浮標供電，證明 BMFC 可以的供電裝置，圖 1-3 為其構建的 BMFC 實驗裝置圖。Chadwick 等
哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文、潮汐周期、壓力變化、水流變化、鹽度和電導率以及溶解氧的變化）可以很易地影響微生物生理并最終影響 BMFC 的性能，例如 Nielsen 等[15]觀察到電流蕩的頻率與潮汐抽水的頻率是一致的，漲潮到退潮海水導電性的變化使得MFC 的總電阻減少了 100 Ω。Donovan 等[16]開發(fā)了一個電源管理系統(tǒng)，在此系中 BMFC 不需要損耗陽極就可以提供充足的電能，即通過使用電容存儲電荷、壓比較器和直流電-直流電轉換器（DC-DC 轉換器）把電壓增高到 3.3 V（可為大多數(shù)固態(tài)裝置提供充足的電能）。Seok Won Hong 等[17]探究了沉積型 MFC電性能影響因素，研究結果發(fā)現(xiàn)，電池的外接負載、陰極液中的溶解氧含量等會影響 MFC 的產(chǎn)電量。Reimers C E 等[18]利用海水與底泥界面沉積泥應用于海 BMFC，產(chǎn)生 0.7 V 開路電壓，最大功率密度達 1.2 W/m2。An J 等[19]利用水中沉積泥作為陽極泥，研究了陽極泥下深度從 2 cm 到 10 cm 變化時對電池性影響，結果發(fā)現(xiàn)：BMFC 的陽極泥下深度越大，電池的最大輸出功率密度會增，但是相應的電池的內阻也越大，因此電池的內阻能量消耗會增大。
圖 1-3 BMFC 實驗裝置圖[13]究的深入，研究者們對微生物產(chǎn)電的機理及電子傳遞微生從電子供體（燃料）到電子受體（氧化劑）的能量流動是系的驅動力。當最終電子受體可溶并可以透過細胞膜時，而固相化合物（如鐵、錳氧化物，或大分子化合物如腐殖時，細胞需要通過胞外電子傳遞獲得能量。在異化金屬還程中，首先對與細胞膜結合的電活性化合物與電活性表面行研究。已經(jīng)證明氧化還原活性蛋白，如細胞色素 c 和鐵胞外膜上并作為直接的電子穿梭通道將電子運輸?shù)焦滔嚯娺f鏈中，這些蛋白質的調節(jié)和集結已經(jīng)在希瓦氏菌和地桿Myers 等[20-22]對胞外電子傳遞到金屬化合物涉及的希瓦氏次探索，研究表明，通過一種特殊的細胞色素 c 使胞外電這種細胞色素 c 將電子從醌池傳遞到其他十亞鐵血紅素細地桿菌的胞外電子傳遞機制的研究采用的是對希瓦氏菌研l(wèi)iger 等[23]最初的研究說明硫還原地桿菌在厭氧呼吸時細胞
【參考文獻】
相關期刊論文 前1條
1 李魁忠;付玉彬;徐謙;趙仲凱;劉佳;;海底微生物燃料電池陽極錳鹽改性及產(chǎn)電性能研究[J];材料開發(fā)與應用;2011年03期
本文編號：2879615
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