鐵基空氣陰極燃料電池的機(jī)理分析、系統(tǒng)調(diào)控和應(yīng)用拓展.pdf

1、Fe(II)的電化學(xué)氧化存在于許多空氣陰極燃料電池體系中,例如:酸性礦山廢水-燃料電池(AMD-FC)和沉積物微生物燃料電池(SMFC)。為深入了解鐵基燃料電池體系,本實(shí)驗(yàn)分析了鐵基空氣陰極燃料電池中陽極Fe(II)的電化學(xué)氧化動(dòng)力學(xué)過程,準(zhǔn)確描述了碳酸鹽體系中 Fe(II)的電化學(xué)氧化與pH、碳酸鹽濃度等因素的關(guān)系。結(jié)果表明:在實(shí)驗(yàn)室條件下,Fe(II)電化學(xué)氧化符合一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程。動(dòng)力學(xué)常數(shù)隨碳酸鹽濃度增加而逐漸增大。在酸性溶液

2、中,Fe(II)的電化學(xué)氧化速率主要是由FeCO3和FeOH+物種控制;當(dāng)溶液的pH增大,Fe(CO3)22-和Fe(OH)2物種逐漸主導(dǎo) Fe(II)的電化學(xué)氧化速率。當(dāng) pH超過8.0,Fe(CO3)22-成為決定 Fe(II)電化學(xué)氧化速率的關(guān)鍵物種。
　　鐵基空氣陰極燃料電池在長時(shí)間操作過程中產(chǎn)生大量的α-FeO(OH),它會附著在電極和質(zhì)子交換膜表面,造成燃料電池各項(xiàng)性能衰退。適量的引入陰離子配體,一方面,增加 Fe(I

3、I)在體系中的溶解度;另一方面,降低了陽極 Fe(II)的氧化電勢,促進(jìn)氧化。鐵基空氣陰極燃料電池中加入的陰離子配體:羧酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽等,可使燃料電池平均功率密度達(dá)到0.08±0.5~107.85±1.50 mW·m-2。碳酸鹽體系在pH為6.0~8.0具有較大的電量回收率,回收率可達(dá)到93.5％~96.1%。
　　本論文提出了一種新的燃料電池耦合絡(luò)合鐵工藝,燃料電池部分主要是完成鐵基催化劑的再生。運(yùn)用耦合體系處理含硫廢水,

4、單質(zhì)硫的回收效率可達(dá)90.0%。在EDTA絡(luò)合體系中,當(dāng)溶液 pH從4.0升高到10.0時(shí),庫倫效率可達(dá)17.8±0.5%~75.1±0.5%;而 NTA絡(luò)合體系中,庫倫效率只能達(dá)到9.6±0.8%%~51.1±2.7%。當(dāng)Fe(III)/S2-從2.5:1增加到3.5:1時(shí),庫倫效率提高將近25%。在實(shí)際H2S生物沼氣的處理方面,效果良好。H2S去除率可達(dá)99%,硫回收效率可達(dá)78%,能量回收效率可達(dá)78.6%。這表明耦合體系對 H2