本文關(guān)鍵詞：碳納米管復合電極及鈀陽極在海底微生物燃料電池中的性能研究

  更多相關(guān)文章： 海底微生物燃料電池 鈀改性陽極 碳納米管 復合改性電極 電化學性能

【摘要】：隨著能源短缺和環(huán)境污染的不斷出現(xiàn),研發(fā)新型能源成為解決問題的關(guān)鍵。微生物燃料電池(Microbial fuel cells, MFCs)是一種新型能源供給裝置,利用厭氧環(huán)境下的微生物將有機物中的化學能轉(zhuǎn)化為電能。海底微生物燃料電池(Marine benthic microbial fuel cells, BMFCs)是一種特殊類型的MFCs,其產(chǎn)電方式為：利用置于海泥中的陽極,導出微生物代謝有機物等物質(zhì)產(chǎn)生的電子；電子經(jīng)外電路傳遞至陰極,發(fā)生氧氣的還原反應,形成閉合回路而產(chǎn)生電能。BMFCs的輸出功率密度還相對較低,實際應用受到限制。陽極性能直接決定微生物的附著、有機物的氧化、電子轉(zhuǎn)移。陽極改性可以提高其電化學性能,使電池的輸出功率密度增加。陰極改性可以加快氧氣的還原反應,也是提高BMFCs性能的一種途徑。主要研究內(nèi)容如下：(1)利用循環(huán)伏安電沉積方法,在海底微生物燃料電池陽極沉積鈀顆粒,并研究了鈀改性陽極的電化學性能。結(jié)果表明,改性陽極具有更高的交換電流密度,其構(gòu)建的電池內(nèi)阻較低,輸出功率密度較高。2 mM/L的PdCl2溶液改性陽極交換電流密度達到295.1 mA/m2,是未改性的2.4倍；電池最大功率密度達到610.6 mW/m2,是未改性的5.3倍。在電子向陽極傳遞過程中,推測鈀粒子接收細胞色素和胞外氫化酶傳遞的電子,加速電子跨膜轉(zhuǎn)移,并提出了一種新的電子轉(zhuǎn)移模式。(2)通過共沉淀法制備Fe3O4粉末,再與MWCNTs混合制成Fe3O4/MWCNTs復合材料,并用此復合材料和Fe3O4分別對碳氈陽極進行改性。研究結(jié)果表明,Fe3O4/MWCNTs改性陽極的交換電流密度較大,為775.4mA/m2;其組成的電池最大輸出功率密度高達413 mW/m2,是未改性電池的3倍。最后簡要分析了改性陽極性能提升的原因。推測Fe304作為電子轉(zhuǎn)移中介體加速了電子向陽極的轉(zhuǎn)移。Fe3O4/MWCNTs復合陽極使電子轉(zhuǎn)移效率增加,提高了電池的電化學性能。(3)制備Hemin (氯化血紅素)/MWCNTs復合材料,用此對碳纖維陰極進行表面改性,Hemin改性陰極和空白電極作對比。研究結(jié)果表明,改性后的陰極表面接觸角增大,疏水性有所提高；Hemin/MWCNTs改性陰極的抗極化能力最好,其組成的電池輸出功率密度為570.9 mW/m2,是未改性的1.9倍。推測Hemin使海水中的溶解氧向陰極表面富集,促進了氧氣的還原反應。最后在分子層面上解釋了陰極性能提高的內(nèi)在機理。
【關(guān)鍵詞】：海底微生物燃料電池 鈀改性陽極 碳納米管 復合改性電極 電化學性能
【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】：O646;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-23
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 MFCs發(fā)展歷程14-15
• 1.3 MFCs的分類15-16
• 1.4 MFCs電子傳遞機理16-17
• 1.5 MFCs的構(gòu)型17-18
• 1.6 海底微生物燃料電池(BMFCs)18-22
• 1.6.1 BMFCs的基本原理19
• 1.6.2 BMFCs性能影響因素19-20
• 1.6.3 BMFCs電極改性20-22
• 1.6.3.1 陽極改性20-22
• 1.6.3.2 陰極改性22
• 1.6.4 BMFCs應用及前景22
• 1.7 本課題的研究內(nèi)容、目的及意義22-23
• 2 實驗設(shè)備及材料和研究方法23-27
• 2.1 實驗所需試劑和材料23-24
• 2.2 實驗所需儀器和設(shè)備24-25
• 2.3 測試表征方法25-27
• 2.3.1 陰陽極電位及BMFCs輸出電壓25-26
• 2.3.2 電極極化曲線26
• 2.3.3 BMFCs極化曲線及功率密度曲線26
• 2.3.4 掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜測試26
• 2.3.5 塔菲爾曲線26
• 2.3.6 接觸角測試26-27
• 3 BMFCs陽極Pd改性及其電化學性能研究27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 實驗部分28-30
• 3.2.1 陽極制備28
• 3.2.2 陰極制備28-29
• 3.2.3 BMFCs的構(gòu)建29
• 3.2.4 測試方法29-30
• 3.3 實驗結(jié)果與討論30-35
• 3.3.1 鈀改性陽極表面形貌分析及能譜30-31
• 3.3.2 陽極電位穩(wěn)定時間曲線31-32
• 3.3.3 陽極化曲線32-33
• 3.3.4 塔菲爾曲線33-34
• 3.3.5 BMFCs極化曲線和功率密度曲線34-35
• 3.4 機理分析35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 4 BMFCs陽極Fe_3O_4/MWCNTs改性及其電化學性能研究37-47
• 4.1 引言37-38
• 4.2 實驗部分38-40
• 4.2.1 制備Fe_3O_4及Fe_3O_4/MWCNTs復合物38
• 4.2.2 陽極制備38
• 4.2.3 陰極制備38
• 4.2.4 BMFCs構(gòu)建38-39
• 4.2.5 實驗測試方法39-40
• 4.3 實驗結(jié)果與討論40-45
• 4.3.1 X-射線衍射分析40
• 4.3.2 陽極電位穩(wěn)定時間曲線40-41
• 4.3.3 陽極化曲線41-42
• 4.3.4 塔菲爾曲線42-43
• 4.3.5 BMFCs極化曲線和功率密度曲線43-45
• 4.4 機理分析45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 5 BMFCs陰極Hemin/MWCNTs改性及其電化學性能研究47-57
• 5.1 引言47-48
• 5.2 實驗部分48-49
• 5.2.1 制備Hemin/MWCNTs復合物48
• 5.2.2 陰極制備48
• 5.2.3 陽極制備48
• 5.2.4 構(gòu)建BMFCs48-49
• 5.2.5 實驗測試方法49
• 5.3 實驗結(jié)果與討論49-54
• 5.3.1 陰極表面接觸角分析49-50
• 5.3.2 陰極電位穩(wěn)定曲線50-51
• 5.3.3 陰極極化曲線51-52
• 5.3.4 BMFCs極化曲線和功率密度曲線52-54
• 5.4 機理分析54-55
• 5.5 本章小結(jié)55-57
• 6 結(jié)論57-59
• 6.1 本論文主要結(jié)論57-58
• 6.2 實驗創(chuàng)新點58
• 6.3 有待開展的進一步工作58-59
• 參考文獻59-65
• 致謝65

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 連靜;馮雅麗;李浩然;劉志丹;周良;;直接微生物燃料電池的構(gòu)建及初步研究[J];過程工程學報;2006年03期

2 關(guān)毅;張鑫;;微生物燃料電池[J];化學進展;2007年01期

3 洪義國;郭俊;孫國萍;;產(chǎn)電微生物及微生物燃料電池最新研究進展[J];微生物學報;2007年01期

4 丁平;邵海波;劉光洲;段東霞;麻挺;陳嗣俊;王建明;張鑒清;;應用需鹽脫硫弧菌的微生物燃料電池發(fā)電研究(英文)[J];電化學;2007年02期

5 園丁;;微生物燃料電池:既處理污水又發(fā)電[J];污染防治技術(shù);2007年03期

6 劉登;劉均洪;劉海洲;;微生物燃料電池的研究進展[J];化學工業(yè)與工程技術(shù);2007年05期

7 張廣柱;劉均洪;;微生物燃料電池研究和應用方面的最新進展[J];化學工業(yè)與工程技術(shù);2008年04期

8 孫健;胡勇有;;廢水處理新理念——微生物燃料電池技術(shù)研究進展[J];工業(yè)用水與廢水;2008年01期

9 王萬成;陶冠紅;;微生物燃料電池運行條件的優(yōu)化[J];環(huán)境化學;2008年04期

10 ;微生物燃料電池或成汽車節(jié)能環(huán)保解決方案[J];材料導報;2008年07期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顧忠澤;吳文果;;微生物燃料電池的研究[A];中國化學會第27屆學術(shù)年會第05分會場摘要集[C];2010年

2 趙峰;;來自廢水的能量-微生物燃料電池[A];2010年海峽兩岸環(huán)境與能源研討會摘要集[C];2010年

3 李正龍;劉紅;孔令才;韓梅;;可利用空間基地有機廢物的微生物燃料電池預研[A];中國空間科學學會第16屆空間生命學術(shù)研討會論文摘要集[C];2005年

4 孫健;;廢水處理新理念——微生物燃料電池技術(shù)研究進展[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集（一）[C];2007年

5 趙峰;;微生物燃料電池的電子傳遞及電極反應研究[A];廣東省科協(xié)資助學術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

6 付玉彬;;海底微生物燃料電池研究和應用[A];廣東省科協(xié)資助學術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

7 孔曉英;李連華;李穎;楊改秀;孫永明;;葡萄糖濃度對微生物燃料電池產(chǎn)電性能的影響[A];廣東省科協(xié)資助學術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

8 袁勇;莊莉;周順桂;;盤管式微生物燃料電池的構(gòu)建及其應用[A];廣東省科協(xié)資助學術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

9 喻玉立;袁用波;胡忠;;產(chǎn)電菌的選育及其在微生物燃料電池中的應用[A];廣東省科協(xié)資助學術(shù)會議總結(jié)材料[C];2010年

10 陳禧;王煒;彭香琴;劉宇波;幸毅明;;微生物燃料電池結(jié)構(gòu)與材料研究進展[A];2013中國環(huán)境科學學會學術(shù)年會論文集（第八卷）[C];2013年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;微生物燃料電池處理污水發(fā)電兩不誤[N];中國環(huán)境報;2005年

2 記者 符王潤 通訊員 曾曉舵 李潔尉 劉靜;微生物燃料電池有很大挖掘空間[N];廣東科技報;2010年

3 蕭瀟;微生物燃料電池：處理污水發(fā)電兩不誤[N];中國煤炭報;2005年

4 記者　毛黎;微生物燃料電池技術(shù)又推進一步[N];科技日報;2006年

5 紀振宇;微生物燃料電池為汽車節(jié)能環(huán)保提供解決方案[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報;2008年

6 本報記者 趙亞平;蝦兵蟹將派上新用場[N];科技日報;2007年

7 張芮;希臘從芝士副產(chǎn)品中回收能源[N];中國石化報;2010年

8 常麗君;高空“超級細菌”可成發(fā)電新能源[N];科技日報;2012年

9 編譯 楊孝文;微生物機器人吃蒼蠅發(fā)電[N];北京科技報;2006年

10 記者 陳勇;美科學家開發(fā)出微生物燃料電池[N];新華每日電訊;2005年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃杰勛;產(chǎn)電微生物菌種的篩選及其在微生物燃料電池中的應用研究[D];中國科學技術(shù)大學;2009年

2 陶琴琴;微生物燃料電池同步脫氮除磷及產(chǎn)電性能研究[D];華南理工大學;2015年

3 徐磊;微生物燃料電池PB/rGO陰極材料及導電膜自清潔性能研究[D];大連理工大學;2015年

4 許鳳玲;海洋生物膜的電活性及其在微生物燃料電池中的應用基礎(chǔ)研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2009年

5 張葉臻;新型石墨紙和石墨烯在微生物燃料電池中的應用研究[D];華南理工大學;2013年

6 劉宜勝;基于三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機和微生物燃料電池的微小型電源研究[D];浙江大學;2008年

7 曹效鑫;微生物燃料電池中產(chǎn)電菌與電極的作用機制及其應用[D];清華大學;2009年

8 孫敏;微生物燃料電池的功能拓展和機理解析[D];中國科學技術(shù)大學;2009年

9 莫光權(quán);功能化碳納米管材料在微生物燃料電池中的應用研究[D];華南理工大學;2010年

10 王凱鵬;電子中介體固定化及其在微生物燃料電池陽極的應用[D];武漢大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張鑫;復合微生物燃料電池的研究[D];天津大學;2007年

2 周秀秀;微生物燃料電池陰極催化劑雙核酞菁鈷的結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化[D];華南理工大學;2015年

3 黃麗巧;基于微生物燃料電池技術(shù)的同步除碳、硝化/反硝化研究[D];華南理工大學;2015年

4 印霞h，

本文編號：958551