發(fā)布時間：2017-03-28 13:16

  本文關(guān)鍵詞：碳質(zhì)管狀微生物燃料電池堆構(gòu)建與性能特性，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源和環(huán)境問題是現(xiàn)階段影響和制約人類社會發(fā)展的兩大瓶頸。人類迫切需要尋找新型清潔能源以及新的污水處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells,MFCs)作為一種可以同時實(shí)現(xiàn)污水處理和產(chǎn)電的新型可再生能源技術(shù),近年來受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。目前MFC輸出功率密度和輸出電壓較低且經(jīng)濟(jì)成本較高,難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。為了加速M(fèi)FC實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程,可以通過設(shè)計(jì)低成本的無膜空氣陰極MFC,并對其進(jìn)行串并聯(lián)連接,提高其產(chǎn)電性能。針對上述情況,本文設(shè)計(jì)了兩種低成本的無膜空氣陰極MFC:活性炭空氣陰極MFC和竹炭管空氣陰極MFC,并對其性能進(jìn)行了對比研究。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),相比活性炭空氣陰極MFC,竹炭管空氣陰極MFC具有更好的產(chǎn)電性能。同時,本文構(gòu)建了不同水路和電路連接方式下的竹炭管空氣陰極MFC電堆,并對電堆性能特性進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)單個竹炭管空氣陰極MFC陰極性能是電堆性能的主要影響因素,針對此現(xiàn)象提出了改善措施。本文的主要研究成果如下:(1)活性炭空氣陰極MFC和竹炭管空氣陰極MFC性能對比研究。竹炭管空氣陰極MFC的最大功率密度和最大輸出電壓分別為7.8 W/m3和472 mV,分別是活性炭空氣陰極MFC最大功率密度(5.5 W/m3)和最大輸出電壓(380 mV)的1.4和1.2倍。上述研究結(jié)果表明,相比活性炭空氣陰極MFC,竹炭管空氣陰極MFC具有更好的產(chǎn)電性能。(2)竹炭管空氣陰極MFC電堆性能衰減原因及改善措施研究。研究結(jié)果表明,單個竹炭管空氣陰極MFC陰極性能衰減是電池電堆性能的主要影響因素,而造成單個竹炭管空氣陰極MFC陰極性能衰減的原因可能是由于陰極內(nèi)表面附著的生物膜阻止了質(zhì)子傳遞,導(dǎo)致陰極性能下降。因此,針對上述情況,可以采用低濃度的培養(yǎng)基(200 mg/L)抑制陰極生物膜生長,使得電堆性能得到改善。(3)不同水路和電路連接方式下的竹炭管空氣陰極MFC電堆性能研究。分別構(gòu)建了四種不同連接方式的電堆:水路并聯(lián)電路并聯(lián)電堆、水路串聯(lián)電路并聯(lián)電堆、水路并聯(lián)電路串聯(lián)電堆和水路串聯(lián)電路串聯(lián)電堆。研究表明,電路并聯(lián)電堆的最大功率密度比電路串聯(lián)電堆的高,但開路電壓則比電路串聯(lián)電堆低。。
【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池堆 竹炭管空氣陰極 活性炭空氣陰極 性能
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4;O613.71
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-23
• 1.1 前言9-10
• 1.2 微生物燃料電池（MFC）簡介10-11
• 1.2.1 MFC的發(fā)展歷程10
• 1.2.2 MFC的產(chǎn)電原理10-11
• 1.3 MFC的研究現(xiàn)狀11-19
• 1.3.1 MFC的陽極研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.2 MFC的陰極研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 MFC的放大化研究現(xiàn)狀14-19
• 1.4 MFC的應(yīng)用19-20
• 1.4.1 分布式小型電源19
• 1.4.2 廢水處理19-20
• 1.5 本課題的主要工作20-23
• 1.5.1 已有研究工作的不足20
• 1.5.2 本課題的研究內(nèi)容20-23
• 2 MFC實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 MFC關(guān)鍵材料的選取和制備23-27
• 2.2.1 碳纖維刷陽極23-24
• 2.2.2 活性炭空氣陰極24-25
• 2.2.3 竹炭管空氣陰極25-27
• 2.3 新型MFC構(gòu)建27-30
• 2.3.1 活性炭空氣陰極矩形MFC27
• 2.3.2 竹炭管空氣陰極管狀MFC27-29
• 2.3.3 管狀微生物燃料電池堆29-30
• 2.4 MFC系統(tǒng)的測試方法和評價(jià)指標(biāo)30-35
• 2.4.1 MFC的電壓和陰陽極電勢30
• 2.4.2 MFC的功率密度曲線和極化曲線30-31
• 2.4.3 循環(huán)伏安法31
• 2.4.4 生物膜結(jié)構(gòu)和形貌觀測31-32
• 2.4.5 COD去除效率和庫倫效率32-35
• 3 活性炭陰極MFC和竹炭管陰極MFC性能特性研究35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 兩種空氣陰極MFC的構(gòu)建及啟動35-36
• 3.3 活性炭空氣陰極MFC的性能特性36-41
• 3.3.1 MFC啟動后的電壓響應(yīng)及穩(wěn)定產(chǎn)電過程中的COD去除率36-38
• 3.3.2 10Ω 和 50Ω 兩種不同外阻培養(yǎng)后MFC性能對比38-40
• 3.3.3 MFC的陽極生物膜電化學(xué)活性測試40-41
• 3.4 竹炭管空氣陰極MFC性能特性41-45
• 3.4.1 竹炭管空氣陰極MFC啟動期間電壓和陰陽極電勢變化41-43
• 3.4.2 竹炭管空氣陰極MFC的性能特性43-45
• 3.5 AC-MFC與BC-MFC性能對比45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 4 竹炭管MFC電堆中單電池性能特性研究49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 電堆系統(tǒng)的搭建和啟動49-50
• 4.3 水路串聯(lián)的通流式BC-MFC電堆中各單電池啟動特性50-55
• 4.3.1 各BC-MFC單電池的啟動50-52
• 4.3.2 BC-MFC電堆中單電池的性能對比52-53
• 4.3.3 BC-MFC電堆中單電池的電壓和陰陽極變化趨勢53-55
• 4.4 水路并聯(lián)BC-MFC電堆中各單電池啟動特性55-59
• 4.4.1 各BC-MFC單電池的啟動55-56
• 4.4.2 BC-MFC電堆中單電池性能對比56-57
• 4.4.3 序批循環(huán)過程中各BC-MFC的電壓和陰陽極電勢變化情況57-59
• 4.5 陰極內(nèi)表面生物膜表征59-60
• 4.6 不同COD濃度培養(yǎng)對BC-MFC性能的影響60-62
• 4.6.1 不同COD濃度培養(yǎng)對BC-MFC電壓和電極電勢的影響60-61
• 4.6.2 200 mgCOD/L底物濃度下BC-MFC的序批放電特性61-62
• 4.7 本章小結(jié)62-63
• 5 四種不同水路電路連接方式下BC-MFC電堆性能特性63-79
• 5.1 引言63
• 5.2 BC-MFC電堆實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建和啟動63-64
• 5.3 水路并聯(lián)時不同電路連接的BC-MFC電堆特性64-70
• 5.3.1 水路并聯(lián)電路并聯(lián)的BC-MFC電堆特性64-67
• 5.3.2 水路并聯(lián)電路串聯(lián)的BC-MFC電堆特性67-70
• 5.4 水路串聯(lián)時不同電路連接的BC-MFC電堆特性70-75
• 5.4.1 水路串聯(lián)電路并聯(lián)的BC-MFC電堆特性70-73
• 5.4.2 水路串聯(lián)電路串聯(lián)的BC-MFC電堆特性73-75
• 5.5 四種不同水路電路連接方式下BC-MFC電堆性能對比75-77
• 5.6 本章小結(jié)77-79
• 6 結(jié)論及展望79-81
• 6.1 本文結(jié)論79-80
• 6.2 后續(xù)研究工作的展望80-81
• 致謝81-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 附錄89
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目89
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的榮譽(yù)89

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