填料型微生物燃料電池電極導(dǎo)電性及裝置放大研究.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)能夠在處理污水的同時(shí)將污水中蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，作為一種集污水凈化和產(chǎn)電為一體的創(chuàng)新性污水處理與能源回收技術(shù)，具有極好的理論研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。
　　試驗(yàn)以填料型微生物燃料電池(PMFC)填料電極為研究對(duì)象，測(cè)量了7種集電材料與活性炭的接觸電阻，分析比較了交流阻抗法(EIS)與恒電流法測(cè)定填料電極歐姆阻力的差異，考察了不同填料電極的電子導(dǎo)電性與溶液中的離子導(dǎo)電性，

2、分析其影響因素。
　　通過(guò)測(cè)定PMFC中的電極與溶液電勢(shì)分布，對(duì)PMFC的歐姆阻力進(jìn)行了解析，并考察了外加壓力對(duì)PMFC產(chǎn)電性能與電勢(shì)分布的影響。
　　設(shè)計(jì)了總?cè)莘e為25L的PMFC，以鈦網(wǎng)作為集電體，考察了不同（外側(cè)，內(nèi)側(cè)，雙側(cè)）集電方式下，PMFC的產(chǎn)電性能，采取不同進(jìn)水方式（并流向上、錯(cuò)流、并流向下）分析比較了集電體分層放電的差異，以及不同深度下集電體與填料之間的接觸電阻。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)6

3、0目×0.15mm、30目×0.3mm、80目×0.12mm、10目×0.5mm的不銹鋼網(wǎng)與活性炭的接觸電阻分別為38.8Ω、51.6Ω、57.7Ω、77.2Ω，不銹鋼網(wǎng)作為集電體時(shí)，目數(shù)與絲直徑共同影響其與填料的接觸電阻，60目×0.15mm的不銹鋼網(wǎng)與活性炭的接觸電阻最小;石墨、鈦片與活性炭的接觸電阻分別為26.15Ω與62.58Ω，以石墨為集電體，能有效收集電子，降低歐姆阻力;
　　(2)對(duì)于無(wú)法穩(wěn)定導(dǎo)通的電路體系，以及同時(shí)

4、存在電子導(dǎo)電與離子導(dǎo)電的電路體系，EIS不能用來(lái)測(cè)電路系統(tǒng)中真實(shí)的電荷傳遞過(guò)程中的歐姆阻力損失;對(duì)于導(dǎo)通的電路體系，當(dāng)電路中只存在電子導(dǎo)電時(shí)，EIS與恒電流法能用于測(cè)定電路體系中的歐姆阻力;
　　(3)填料電極的電容特性與受壓狀態(tài)是影響離子遷移的兩個(gè)主要因素，活性炭與石墨的電容分別為46.7F與5.48F，活性炭的電容特性比石墨好，當(dāng)外壓力從0N增加到10N以上時(shí)，活性炭的單位離子遷移阻力從17.33Ω/cm降至0.29Ω/cm（

5、最小值），石墨沒(méi)有變化，為29.54Ω/cm，活性炭作為電極填料更有利于離子的遷移;
　　(4) PMFC的陽(yáng)極產(chǎn)電部分主要集中在貼近離子交換膜的區(qū)域;在PMFC的歐姆阻力中，離子遷移阻力占主要部分;相同條件下，電極電勢(shì)與溶液電勢(shì)受外電流影響，外電流越大，電勢(shì)梯度越大;
　　(5)放大總?cè)莘e為25L的PMFC，外側(cè)、內(nèi)側(cè)與雙側(cè)集電時(shí)，其最大功率密度分別為9 W/m3、13 W/m3、20 W/m3，雙側(cè)集電優(yōu)于內(nèi)側(cè)與外側(cè)集電