氮掺杂多孔碳材料阳极制备及其在微生物燃料电池上的应用

微生物燃料电池(MFCs)作为一种可以替代传统能源的生物电化学系统引起研究者的极大兴趣,其阳极材料的构造是目前的研究热点.本文从改善阳极材料表面物理化学性质的角度出发,用吐司作为多孔碳前驱体,三聚氰胺为氮源,直接烧制氮掺杂三维碳材料,并与不添加氮源的阳极材料和未改性的商用碳布进行比较.制备的掺氮NB1000阳极具有较大的比表面积(216.664 m^(2)·g^(-1))和优良的电导率.利用Geobacter和Shewanella混合菌落在微生物燃料电池(MFCs)中进行培养和性能评价,NB1000阳极的微生物燃料电池最大面功率密度为3049.714 mW·m^(-2),电流密度为7.4464 A·m^(-2),分别是普通碳布阳极的6.54倍和1.54倍.结果表明,NB1000作阳极的MFCs具有较高的功率密度,主要归因于阳极中引入氮掺杂,促进了产电微生物胞外电子传递过程所需的外膜c型细胞色素OmcA和MtrC的分泌.

氨气处理碳毡阳极对海底沉积物微生物燃料电池性能的影响

选取500℃、650℃、800℃对石墨碳毡阳极进行氨气处理,分别构建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)。结果表明:改性后其微生物活性和电化学活性均明显提高。500℃改性阳极表面微生物数量(10.420×10^11 cfu/m^2)是Blank组的2.9倍,说明500℃氨气改性增加了微生物的附着量。500℃改性阳极循环伏安电容性能(62.1 F/m^2)是Blank组的2.0倍,表明其氧化还原电化学活性显著提高;电荷转移电阻(14.46Ω)为Blank组(62.39Ω)的1/4,交换电流密度是Blank组的1.1倍,说明500℃氨气处理提高了阳极的电子转移动力学活性和抗极化能力。500℃改性阳极的输出功率(60.67 mW/m^2)为Blank组(29.17 mW/m^2)的2.1倍,其长期输出电压达到692 mV且产电更加稳定,电池性能显著提升。