碳材料阴极对海底沉积物燃料电池性能影响

以不同碳材料作阴极,研究不同碳材料在海底沉积物燃料电池(B M FC s)中的产电性能。结果表明:粘胶基碳纤维、P A N基碳纤维、碳刷、碳毡、泡沫碳、碳棒和碳板分别作阴极时,稳定电位和稳定时间基本相同;抗极化性能依次减弱,组成的B M FC s最大输出功率密度依次为45.78、37.64、35.24、28.94、22.16、16.84和16.17 m W/m 2;对应电池内阻分别为361、402、425、445、523、572和637Ω;B M FC s长期放电实验的稳定输出功率分别为0.70、0.65、0.60、0.50、0.45、0.31和0.35 m W。扫描电子显微镜法(S E M)表征及阴极传质机理分析发现碳材料的表面积是限制阴极产电性能的关键因素之一,为B M FC s实际应用及结构优化提供了参考。

聚苯胺基改性阳极在海底沉积物微生物燃料电池中的应用及其电化学性能

本文采用电化学聚合法在碳毡表面沉积制备聚苯胺基改性阳极。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)进行成分表征,用光学显微镜对改性电极表面形貌进行表征,并进行了一系列电化学测试。结果表明,聚苯胺和聚吡咯优异的电化学性能使电池的抗极化性能得到提高,最大输出功率密度提高了3倍左右,电池的整体性能得到改善。最后探讨了聚苯胺基改性阳极的作用机理。

仿栅栏结构阳极的构建及其在海底沉积物型微生物燃料电池中的产电性能评价

研究了模拟实海环境下的阳极材料、阳极面积以及阳极埋置深度对海底沉积物型微生物燃料电池(Benthic microbial fuel cell,BMFC)产电性能的影响。优选出碳板为阳极材料,并基于碳板材料设计了具有栅栏状结构的阳极,将其应用于BMFC中,电池的最大输出功率可达到3.7 mW,结合升压模块将电池两端的输出电压提高到5.2 V,成功驱动了小型温湿度传感器。此外,栅栏状结构的阳极具有体积小易部署,便于构建电池单元组等优点,为BMFC在实海环境中的应用及扩大化提供了更加便利的解决方案。

聚苯胺在海底沉积物微生物燃料电池阳极改性中的研究进展

聚苯胺不仅是一种重要的导电高分子材料,而且是一种良好的阳极改性材料。本文论述了聚苯胺的各种合成机制以及分子结构,对影响聚苯胺电化学性质的各种因素做了分析介绍。结合海底沉积物微生物燃料电池的作用机制和应用特点,讨论分析了聚苯胺在这类微生物燃料电池电极改性方面的研究进展。

碳酸氢铵电化学氧化阳极对含油海底沉积物微生物燃料电池性能影响及其加速降解研究

制备了3种阳极(未改性阳极、氨水改性阳极、NH_4HCO_3电化学氧化改性阳极)组建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs),探究阳极的不同氨改性方法对含油MSMFCs电化学性能和石油降解率的影响。结果表明,电化学氧化改性阳极的电容特性是未改性阳极组的1.78倍,并且其抗极化能力最强,交换电流密度为2.57×10^(-2)A·m^(-2),是未改性的5.00倍;由电化学氧化改性阳极组建的电池的最大输出功率密度是1.53×102m W·m^(-2),较空白组的增加3.56倍,且该电池阳极沉积物中石油的降解率是空白组的10.40倍,这是因为改性阳极表面连入了有利于微生物附着的酰胺基团和氨基基团,提高了电池电化学性能并加速了石油的降解。

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。

四氧化三钴/石墨复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

首次将四氧化三钴/石墨(Co_3O_4/G)复合材料用于海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)阳极改性,并对阳极电化学性能和电池性能进行研究。结果表明,Co3O4/G复合改性阳极表面的微生物附着数量是空白组的6.1倍;其氧化还原电化学活性和电容特性分别是空白组的16.2倍和31.0倍;交换电流密度达到1.366×10-3m A·cm-2,电子转移动力学活性是空白组的215.6倍,且其抗极化能力最强;电荷转移电阻降至空白组的2/5,并且双电层电容和生物膜电容均得到增加;其组成电池的功率密度为735.1 m W/m2,是空白组电池的4.6倍。机理分析表明,Co_3O_4和石墨的协同作用使复合改性阳极的电容性能和电子转移速率得到提高。

二氧化锰晶型对MSMFCs阴极电化学性能的影响

海水环境中较低的阴极催化活性严重限制海泥电池(MSMFCs)长期输出功率。碳毡阴极经二氧化锰(MnO_(2))改性可显著提高海泥电池阴极溶氧还原动力学和电化学性能,进而提升电池输出功率。利用水热法合成4种晶型(α、β、γ和δ)MnO_(2)用于海泥电池阴极改性,研究了4种晶型MnO_(2)对海泥电池阴极电化学性能的影响并进行了机理分析。结果表明,与空白对照组相比,4种晶型MnO_(2)均可显著提高阴极抗极化性能、电容性能、交换电流密度和最大输出功率;其中,β-MnO_(2)由于具有高浓度的Mn3+和氧空位,大幅提高了阴极氧还原活性和电化学性能,使比电容最高达846.08 F/m^(2),功率密度最高达700.2 mW/m^(2)。该结果有利于促进设计低溶氧海水条件下海泥电池阴极,进而开发高功率海底原位电源。

三聚氰胺改性阳极对海泥电池性能的影响

为了提高海底沉积物微生物燃料电池的输出功率,本文对胺改性阳极产电性能进行研究。利用三聚氰胺改性方法在阳极表面引入含氮官能团,并在600℃热处理,制备一种掺氮改性阳极。相比于空白组,三聚氰胺改性阳极表面细菌附着量提高4.6倍,循环伏安电容量提高3.8倍,电子转移相对动力学活性提高7.7倍。改性阳极构成电池最大输出功率密度为67 mW/m^(2),是空白组的2.4倍,长期输出电压稳定在790 mV左右。该改性阳极制备方法简单易行、成本低,为海底微生物燃料电池阳极设计与开发提供了新思路。