聚合物改性陽極在海底沉積物微生物燃料電池中的性能研究.pdf

1、隨著人類生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，能源短缺以及大量化石燃料的燃燒所帶來的環(huán)境污染與破壞現(xiàn)象越來越引起人們的重視。尋找高效、環(huán)保的新型能源已經(jīng)迫在眉睫。
　　作為一種新型能源裝置——微生物燃料電池(MFCs)，它利用產(chǎn)電微生物自身的新陳代謝作用催化降解有機(jī)物產(chǎn)生電子，將部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。海底沉積物微生物燃料電池(BMFCs)是MFCs的一種類型，其產(chǎn)電方式是:產(chǎn)電微生物氧化、分解沉積物中的有機(jī)物質(zhì)及部分無機(jī)物質(zhì)釋放出電

2、子和質(zhì)子;電子通過置于海底沉積物中的陽極和外電路傳遞到陰極，而質(zhì)子則透過海水、海泥界面層傳遞到陰極附近并與陽極產(chǎn)生的電子和海水中的氧結(jié)合生成水，從而釋放出電能。BMFCs為開發(fā)和利用廣闊的海底沉積層提供了一種全新的方式，同時其簡單的電池構(gòu)型和環(huán)境友好性，使此類電池得到相關(guān)領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。
　　但是，BMFCs輸出能量較低的缺點(diǎn)限制了它在實(shí)際中的應(yīng)用。其中，陽極表面與微生物之間較低的電子傳遞效率是導(dǎo)致電池性能缺陷的關(guān)鍵原因，

3、因此提高并改進(jìn)陽極的性能成為當(dāng)前研究的焦點(diǎn)。導(dǎo)電聚合物作為一種新型的陽極改性材料也引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。本文著重探討了導(dǎo)電聚合物改性陽極對BMFCs性能的影響，為BMFCs的實(shí)際應(yīng)用提供了更多的理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)利用電化學(xué)聚合方法在玻碳電極表面合成聚苯胺膜層，討論了在不同聚合電位、摻雜酸種類、pH值和單體濃度下，聚苯胺的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:在0.5mol·L-1 H2SO4溶液中，掃描范圍-0.2

4、V～0.9 V，單體濃度0.05 mol·L-1的條件下，聚苯胺表現(xiàn)出較好的電化學(xué)活性。
　　(2)利用電化學(xué)聚合法在碳?xì)蛛姌O表面沉積導(dǎo)電聚苯胺膜層，并以該改性電極作為BMFCs的陽極。研究結(jié)果表明:電化學(xué)聚合后，碳?xì)蛛姌O表面附著一層導(dǎo)電型聚苯胺，電池性能明顯提高;電池最大功率密度為160.1 mW·m-2(對應(yīng)電流密度為400.0 mA·m-2)，是未改性碳?xì)蛛姌O的2倍多。最后，分析了導(dǎo)電聚苯胺獨(dú)特的摻雜-脫摻雜機(jī)制在改善BMF