复合金属氧化物制备及在微生物燃料电池中的性能研究

发布时间：2020-05-15 08:33

【摘要】：微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells)是一种利用产电微生物分解有机基质进行产电的一种装置。利用微生物处理污水并产生电能,是一种真正意义上可持续的绿色能源技术,这项新的技术为人们应对水体污染和解决能源危机提供了新的途径。阳极作为微生物燃料电池的重要组成部分,对于微生物燃料电池的产电储能性能影响很大。阳极修饰是提高MFC产电储能性能常用的方法。使用具有有利于微生物在表面附着的金属氧化物修饰阳极可以获得高性能的MFC,本论文将复合金属氧化物钴酸锰、铁酸锰作为修饰阳极的材料,以修饰后的阳极构建的MFC获得了高的产电储能性能。滴涂法制备钴酸锰/碳毡电极(D-MCO/CF电极)、原位生长法制备钴酸锰/碳毡电极(S-MCO/CF电极),将两种电极作为阳极应用到MFC中,分别具有2919mW/m~3和3344mW/m~3的最大功率密度,是CF阳极电池(2191mW/m~3)的1.33倍和1.53倍。两种阳极充满电分别能够释放0.4543C/cm~2、0.8714C/cm~2的电荷,是CF阳极(0.1524C/cm~2)的2.98倍和5.72倍。以滴涂法制备的MFO/CF电极作为阳极的MFC的最大功率密度为3990mW/m~3,阳极充满电时能够释放0.3436C/cm~2的电荷。将具有高导电性的CNTs分别与MCO、MFO材料复合制备出碳纳米管-钴酸锰/碳毡电极(CNTs-MCO/CF电极)和碳纳米管-铁酸锰/碳毡电极(CNTs-MFO/CF电极),将制备的电极作为阳极应用到MFC中,分别具有的最大功率密度为3660mW/m~3和4773mW/m~3,是为CF阳极电池的1.74倍、2.18倍。阳极充满放电时储存的电荷分别为0.2208 C/cm~2、0.4618C/cm~2。表明掺杂CNTs的复合材料具有良好的生物相容性,加快了电子从生物膜向阳极的传递。使用滴涂法制备钴酸锰-铁酸锰/碳毡电极(MCO-MFO/CF电极),将制备的电极作为阳极应用到MFC中获得了4268mW/m~3的最大功率密度,为空白CF阳极电池的最大功率密度的1.95倍;阳极充满电时释放的电荷是0.3436C/cm~2,是CF阳极的2.25倍。这是由于MCO、MFO协同作用进一步提升了MFC产电性能,优异于单一复合金属氧化物。
【图文】：

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图 1.1 微生物燃料电池的产电机理以分为 5 个步骤：的氧化。阳极室内的有机基质在厌氧产电微生物随与质子等量的电子产生，以本实验中的乙酸钠为CH COO + 4H O → HCO + 9H + 8e 极的还原。产电微生物分解有机基质产生的电子，者中介体方式将电子传递到细胞膜外，然后进一导线电子传导，，这种传导的方式在 Geobacter 和 S过外电路由阳极传递至阴极。由于阴极的电位大于外电路向阴极传递，从而能够产生电流对外做功。阳极室向阴极室迁移。在 MFC 阳极室中，有机基极室中的质子就会不断累积，这样 MFC 体系阴、

网状陶瓷,阳极,碳毡,碳布

哈尔滨工程大学硕士学位论文性能，所以在电极的选择时较少去考虑成本，而在工业生产的过程中会将价格放在很重要的位置，一些性能好的电极材料可能由于价格高而缺乏推广的价值。1.3.1 阳极的选择常用的阳极为碳纸（CP）、碳布（CC）、、碳毡（CF）、泡沫碳、石墨毡（GF）、石墨片、石墨刷、网状陶瓷碳等碳基质材料阳极，不锈钢网、不锈钢纤维毡等金属材料阳极，图 1.2 为常来用作为 MFC 的阳极。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TM911.45

【参考文献】