聚苯胺陽極材料的制備及其在海底沉積物微生物燃料電池中的應(yīng)用.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一種利用產(chǎn)電微生物的催化作用將無機物或有機物中的化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置,具有清潔無污染、產(chǎn)電同時降解有機廢物等特點。海底沉積物微生物燃料電池(Benthic Sediment MicrobialFuel Cell,BMFC)是一種特殊的MFC。BMFC的陽極埋在厭氧的海底沉積物中,通過外電路與上部海水中的陰極相連。BMFC有望為偏遠海洋區(qū)域的小型儀器持續(xù)供電。
　　

2、 然而,較小的輸出功率密度限制了BMFC的實際應(yīng)用。產(chǎn)電微生物與陽極之間的電子轉(zhuǎn)移速率是決定電池性能的重要因素。陽極材料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對產(chǎn)電微生物的附著、電子的傳遞以及底物的氧化密切相關(guān)。由于聚苯胺具有較高的電導(dǎo)率、環(huán)境穩(wěn)定性和氧化還原活性,使它在二次電池及電催化方面都有廣泛的應(yīng)用。
　　 本工作中,我們制備了四種聚苯胺陽極材料,并將它們分別制備成復(fù)合陽極應(yīng)用在BMFC中。四種聚苯胺陽極材料均能顯著提高電池的性能,因此有望應(yīng)用在

3、BMFC中以得到較高的輸出功率密度。主要研究內(nèi)容及實驗結(jié)果如下:
　　 (1)制備了一種新型的樟腦磺酸摻雜聚苯胺(PANI-(D-CSA))復(fù)合陽極。研究了其最佳配比,并應(yīng)用在BMFC中測定其電化學性能。采用XRD衍射、熱失重對聚苯胺陽極材料進行了表征。結(jié)構(gòu)分析表明,PANI-(D-CSA)為部分結(jié)晶,熱穩(wěn)定性較好。性能測試表明:PANI-(D-CSA)質(zhì)量分數(shù)為50％的復(fù)合陽極具有最小的內(nèi)阻,陽極極化曲線斜率最低,同時電池的輸

4、出功率密度顯著提高,最大輸出功率密度達到233.9 mW/m2,是純石墨陽極的3.7倍。
　　 (2)制備了磺化聚苯胺、磺化聚苯胺錳酸鹽復(fù)合物、磺化聚苯胺釩酸鹽復(fù)合物三種陽極材料并將其分別應(yīng)用在BMFC中。利用XRD、熱失重分析來表征陽極材料的化學組成和形態(tài)。由于聚四氟乙烯(PTFE)的加入導(dǎo)致復(fù)合陽極的親水性下降,我們通過線性掃描伏安曲線及塔菲爾曲線來研究該復(fù)合陽極的電化學性能。與石墨陽極(34.1 mW/m2)相比,磺化聚苯