碳納米管復(fù)合電極及鈀陽(yáng)極在海底微生物燃料電池中的性能研究.pdf

1、隨著能源短缺和環(huán)境污染的不斷出現(xiàn)，研發(fā)新型能源成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。微生物燃料電池（Microbial fuel cells，MFCs）是一種新型能源供給裝置，利用厭氧環(huán)境下的微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。海底微生物燃料電池（Marine benthic microbial fuel cells，BMFCs）是一種特殊類型的MFCs，其產(chǎn)電方式為:利用置于海泥中的陽(yáng)極，導(dǎo)出微生物代謝有機(jī)物等物質(zhì)產(chǎn)生的電子;電子經(jīng)外電路傳遞至陰極，發(fā)

2、生氧氣的還原反應(yīng)，形成閉合回路而產(chǎn)生電能。
　　BMFCs的輸出功率密度還相對(duì)較低，實(shí)際應(yīng)用受到限制。陽(yáng)極性能直接決定微生物的附著、有機(jī)物的氧化、電子轉(zhuǎn)移。陽(yáng)極改性可以提高其電化學(xué)性能，使電池的輸出功率密度增加。陰極改性可以加快氧氣的還原反應(yīng)，也是提高BMFCs性能的一種途徑。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)利用循環(huán)伏安電沉積方法，在海底微生物燃料電池陽(yáng)極沉積鈀顆粒，并研究了鈀改性陽(yáng)極的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，改性陽(yáng)極具有更高的

3、交換電流密度，其構(gòu)建的電池內(nèi)阻較低，輸出功率密度較高。2 mM/L的PdCl2溶液改性陽(yáng)極交換電流密度達(dá)到295.1 mA/m2，是未改性的2.4倍;電池最大功率密度達(dá)到610.6 mW/m2，是未改性的5.3倍。在電子向陽(yáng)極傳遞過(guò)程中，推測(cè)鈀粒子接收細(xì)胞色素和胞外氫化酶?jìng)鬟f的電子，加速電子跨膜轉(zhuǎn)移，并提出了一種新的電子轉(zhuǎn)移模式。
　　(2)通過(guò)共沉淀法制備Fe3O4粉末，再與MWCNTs混合制成Fe3O4/MWCNTs復(fù)合材料，

4、并用此復(fù)合材料和Fe3O4分別對(duì)碳?xì)株?yáng)極進(jìn)行改性。研究結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4/MWCNTs改性陽(yáng)極的交換電流密度較大，為775.4 mA/m2;其組成的電池最大輸出功率密度高達(dá)413 mW/m2，是未改性電池的3倍。最后簡(jiǎn)要分析了改性陽(yáng)極性能提升的原因。推測(cè)Fe3O4作為電子轉(zhuǎn)移中介體加速了電子向陽(yáng)極的轉(zhuǎn)移。Fe3O4/MWCNTs復(fù)合陽(yáng)極使電子轉(zhuǎn)移效率增加，提高了電池的電化學(xué)性能。
　　(3)制備Hemin（氯化血紅素）/MWCN