MFC電池電極鄰近區(qū)域基質濃度與溫度實時測量研究.pdf

1、微生物燃料電池（MFC）作為一種清潔新能源的生產(chǎn)技術，在產(chǎn)生新能源的同時，還能降解環(huán)境中的污水。在其生化反應過程中影響微生物產(chǎn)電性能的因素眾多，如：微生物種類、電池結構、溶液酸堿性、基質濃度和溫度等。在這些眾多的影響因素中，基質的溫度和濃度的影響尤其重要，因為這些參數(shù)具有分布不均、瞬時變動的特點，直接影響著微生物的生長狀況，進而影響電池的產(chǎn)電性能。通過對該參數(shù)的實時測量，可以很好的了解微生物燃料電池的生化反應過程，對產(chǎn)電性能的提高具有重

2、要的意義。本文采用一種腐蝕型光纖Bragg光柵（FBG）溫度-濃度傳感器對MFC電池電極界面基質溫度和濃度進行實時測量，通過對溫度和濃度同時測量的傳感矩陣方程的數(shù)值分析，能夠有效的解決測量中溫度和濃度的交叉敏感的問題，得到精度較高的溫度和濃度值。本文的研究主要內容包括以下幾點：
　?。?）設計并制作了兩室型微生物燃料電池的反應裝置。分析了影響電池產(chǎn)電性能的因素，成功運行的了微生物燃料電池，為后續(xù)的測量提供了實驗基礎。
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3、2）通過對普通光纖Bragg光柵的理論分析，研究了腐蝕型光纖Bragg光柵反射譜與與外部介質折射率之間關系，得到了外部介質折射率的變化和光纖光柵傳播模式下有效折射率的函數(shù)關系。
　?。?）設計并制作了腐蝕型FBG溫度-濃度傳感器。通過分析傳感器獨特的結構，得到了敏感矩陣方程，通過實驗數(shù)據(jù)分析，獲得了具有溫度補償效果的較高靈敏度傳感器。
　?。?）設計并搭建了溫度和濃度同時測量的實驗系統(tǒng)。利用本文設計制作的腐蝕型FBG溫度-濃

4、度傳感器通過對蔗糖溶液溫度和濃度的同時測量，實驗證明了，隨著蔗糖溶液的濃度的增加，腐蝕型傳感器的中心波長呈線性漂移，靈敏系數(shù)達到5.42nm/riu。
　　（5）設計并搭建了微生物燃料電池同時測量基質溫度和濃度的實驗系統(tǒng)。通過對敏感矩陣中溫度和折射率系數(shù)的標定，能夠很好的對電池基質的溫度和濃度進行實時測量。通過實驗得到基質溫度的變化和電壓值的變化呈線正相關關系，而濃度呈不同程度的下降趨勢。
　　本文的研究工作可以為微生物燃料