微生物燃料电池中阴极材料的修饰及应用研究

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毕业论文范文题目： 微生物燃料电池中阴极材料的修饰及应用研究，论文范文关键词： 微生物燃料电池中阴极材料的修饰及应用研究
微生物燃料电池中阴极材料的修饰及应用研究毕业论文范文介绍开始：
　　微生物燃料电池中阴极材料的修饰及应用研究，硕士学位论文，共62页。
　　摘要
　　微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)是一种以产电微生物为催化剂,利用生物电化学反应来产生电力,与此同时能够降解污水中的有机物质的新型产电装置。成本高和输出功率低一直是制约其大规模发展的两大障碍,而MFC体系中的阴极电极和分离膜是这些问题的关键影响因素之一。因此,本文制备了不同修饰量的聚苯胺修饰电极和a-Mn02、(3-Mn02及Y-Mn02修饰电及,采用电化学方法如循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)及塔菲尔曲线(Tafel)测试修饰电极的电性能。实验结果表明,与空白石墨毡电极相比,PANI修饰电极和Mn02修饰电极的电化学响应和耐腐蚀性能增强,氧化还原电流更高,内阻明显降低,从而电子传递速率加快。将其作为阴极的改性电极,运行MFC,电池的输出功率和产电性能均有显著地提高。其中,(3-Mn02修饰电极MFC的开路电压达676.7 mV,最大功率密度为58 mW/m2; PANI-160修饰电极MFC的最大功率密度达到262 mW/m2,优于Mn02修饰电极,比未修饰电极MFC的17 mW/m2提高了 15倍多,电池体系的内阻也从130 Q降低到75 Q。
　　以PAN-160为阴极材料,复合型聚醚砜类阴离子交换膜为分离膜,在双室空气阴极MFC运行中,并与商业的AMI-7001阴离子交换膜的MFC进行比较,对该系列膜的产电性能进行研究。结果表明:将PANI-160修饰电极用于阴离子交换膜MFC中,复合膜表现出优良的产电性能,输出功率均高于商业膜AMI-7001,其中最大功率密度可达172 mW/m2,降低了电池的内阻,缩短了电池体系的启动周期。其中,复合膜rQPES2/l-(7/3)在MFC中,/T?路电压(OCO可达到593.9 mV,电池内阻为100 Q,低于AMI-7001 (130 Q);在电压为398.5 mV、电流密度为265.7 mA/cm2时,最大功率密度达到106mW/m2。
　　以PAN-160改性空气阴极,运行复合型磺化聚芳醚砜类阳离子交换膜MFC,实验结果表明:双室型空气阴极MFC运行过程中,产电性能随着磺化聚合物SDFDPS含量的增加而增加,且SPAES膜的输出功率均优于商业膜AMI-7001,其中R5/5作为电池分离膜的路电压高达587.6 mV,电池的内阻为50 Q;且R5/5在电压281.2 mV,电流密度为1124.6 mA/cm2时,功率密度峰值高达316.2 mW/m2。说明改性阴极与SPAES类阳离子交换膜在电池系统中有很大的发展甜景。
　　关键词:微生物燃料电池,修饰电极,电化学,阴极,产电性能
　　
　　1绪论
　　随着现代工业的快速发展,地球上的可用资源在日趋短缺,化石燃料被急剧消耗,在过去的一百多年中,化石燃料支持着产业,是促进各国经济发展的主要能源的来源,但因为它是不可再生的资源,预期在未来将面临枯竭[’]。同时,过度地开采与利用化石燃料,破坏了环境,并加剧了能源与环境的问题。目前的能源系统已无法满足未来社会对清洁、高效、安全、经济能源体系的要求。能源的发展面临着巨大的挑战,因此,建立“可持续”的能源模式,大力研究和开发对环境友好及能源转化率高的新能源技术,是和谐社会经济持续发展的必然选择。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, MFC)作为绿色环保型的新能源是国际研究领域的热点之一,具有低能耗、燃料来源广泛、环境友好及反应条件温和等特点,近年来受到人们的广泛关注。
　　1.1微生物燃料电池的发展
　　微生物燃料电池(MFC)是一种新型的清洁能源技术,以产电微生物为催化剂,以微生物替代昂贵的化学催化剂,将燃料中的化学能直接转化为电能的新型产电装置[2】。特别是MFC利用微生物产电的同时,还可以生物处理生活工业污水,实现了资源化与废弃物处置的双重功效。早在20世纪初,英国植物学者Potter就发现了微生物(酵母和大肠杆?菌)氧化底物过程中可以产生电流,从此始了微生物产电的MFC的研究⑴。
　　20世纪80年代,将氧化还原介体应用于MFC中,输出功率得到了很大的提高,由此促进了 MFC的发展。然而,氧化还原介体的价格昂贵,有毒且对环境有害等限制了 MFC的进一步发展[3j。随后,研究人员发现,一些微生物可以在没有介导的条件下将电子转移到电极至此,MFC的研究取得了突破性进展,从双室到单室,从质子分离膜到无膜,使MFC从实验室研究应用到实际有了理论依据。目前,MFC在许多方面都有很大的应用前景,如:处理各类废水、产氯、生物传感器、心脏起搏器I7】及生物修复等方面。
　　......

以上为本篇毕业论文范文 微生物燃料电池中阴极材料的修饰及应用研究的介绍部分。

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