低電位改性陽極制備及海泥電池在金屬防腐中的探索研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和文明的進(jìn)步，能源短缺成為了當(dāng)今社會一個不可忽略的問題，同時，傳統(tǒng)化石能源利用不充分而引發(fā)的環(huán)境污染及溫室效應(yīng)使得人們迫切需要開發(fā)新型的能源技術(shù)來解決這些問題。
　　 海底沉積物微生物燃料電池(Benthic Sediment Microbial Fuel Cell，BMFC)，簡稱海泥電池，一種新型的產(chǎn)能裝置，它通過海底沉積物中微生物的催化作用將海泥中有機(jī)物所蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。BMFC具有簡單的結(jié)構(gòu)，陽極埋

2、在厭氧的海泥中，陰極置于上層海水中，陰陽極之間通過外部電路連接。BMFC產(chǎn)電技術(shù)以其良好的綜合性能而得到了越來越多研究學(xué)者的青睞，但由于其自身功率密度輸出較低等因素使得對其的研究停留在實(shí)驗(yàn)室水平，實(shí)際環(huán)境中應(yīng)用也只能驅(qū)動一些小型的海洋檢測儀器運(yùn)行。
　　 如何提高海底沉積物微生物燃料電池的輸出功率成為了人們研究的焦點(diǎn)，通常的采用的方法有電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化、采用新型電極材料等。陽極材料的表面結(jié)構(gòu)和生物相容性等性質(zhì)直接決定著有機(jī)物的氧化、

3、表面細(xì)菌的附著、電子的傳遞等過程。所以，為提高BMFC的輸出功率密度，在本文中采用了一種新型的鐵改性石墨陽極構(gòu)建BMFC，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性電極顯著提高了電池的輸出電壓和輸出功率。
　　 本文采用了電解沉積的方法，制備了一種新型的低電位鐵改性陽極材料，并研究了不同制備條件的電極在BMFC中的電化學(xué)性能，探索了最佳的試驗(yàn)參數(shù)。采用了XRD衍射、SEM、接觸角等測試方法對鐵改性石墨陽極材料進(jìn)行了表征。電化學(xué)性能測試結(jié)果說明：電解時間15m

4、in，電解電流密度為178.9A/m2制備的改性陽極具有較低的電位-775mV，并持續(xù)穩(wěn)定70天。該陽極具有良好的抗極化能力，其構(gòu)建的BMFC輸出功率密度顯著提高，最大功率密度為997.3mW/m2，是普通石墨BMFC的13.5倍。這種新型的改性石墨陽極材料及改性方法有望在BMFC中得到廣泛的應(yīng)用。
　　 外加電流陰極保護(hù)是一種海洋中常用的金屬防腐措施，而實(shí)際的深遠(yuǎn)海環(huán)境中，該方法存在電源供給困難、電源持續(xù)時間短、維護(hù)成本高等問

5、題。本文中將新型的電能供給裝置BMFC運(yùn)用于金屬在海水中的腐蝕防護(hù)中，以解決陰極保護(hù)中存在的問題。本文中將304不銹鋼試樣作為BMFC的陰極，通過構(gòu)建一個BMFC裝置來實(shí)現(xiàn)在海洋環(huán)境中對金屬的保護(hù)。自然腐蝕狀態(tài)下不銹鋼電位為-260mV，通電保護(hù)試樣為-340mV。熒光顯微鏡(FM)和掃描電鏡(SEM)觀察結(jié)果表明兩組試樣表面微生物附著情況差別不大，陰極保護(hù)試樣表面腐蝕程度較低。電化學(xué)阻抗曲線與極化曲線驗(yàn)證BMFC對不銹鋼的保護(hù)效果，結(jié)