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濟社會的不斷發(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)，它利用產電微生物自身的新陳代謝作用催化降解有機物產生電子，將部分化學能轉化成電能。海底沉積物微生物燃料電池(BMFCs)是MFCs的一種類型，其產電方式是:產電微生物氧化、分解沉積物中的有機物質及部分無機物質釋放出電

2、子和質子;電子通過置于海底沉積物中的陽極和外電路傳遞到陰極，而質子則透過海水、海泥界面層傳遞到陰極附近并與陽極產生的電子和海水中的氧結合生成水，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型和環(huán)境友好性，使此類電池得到相關領域研究人員的廣泛關注。
　　但是，BMFCs輸出能量較低的缺點限制了它在實際中的應用。其中，陽極表面與微生物之間較低的電子傳遞效率是導致電池性能缺陷的關鍵原因，

3、因此提高并改進陽極的性能成為當前研究的焦點。導電聚合物作為一種新型的陽極改性材料也引起了學術界的廣泛關注。本文著重探討了導電聚合物改性陽極對BMFCs性能的影響，為BMFCs的實際應用提供了更多的理論依據(jù)。主要研究內容與結論如下:
　　(1)利用電化學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，聚苯胺的電化學性能。結果表明: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)出較好的電化學活性。
　　(2)利用電化學聚合法在碳氈電極表面沉積導電聚苯胺膜層，并以該改性電極作為BMFCs的陽極。研究結果表明:電化學聚合后，碳氈電極表面附著一層導電型聚苯胺，電池性能明顯提高;電池最大功率密度為160.1 mW·m-2(對應電流密度為400.0 mA·m-2)，是未改性碳氈電極的2倍多。最后，分析了導電聚苯胺獨特的摻雜-脫摻雜機制在改善BMF