海底生物燃料電池電極設(shè)計(jì)及催化降解作用研究.pdf

1、目前,能源短缺和環(huán)境污染是人類面臨的兩大難題。開發(fā)無(wú)污染的新能源對(duì)未來(lái)社會(huì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。海底生物燃料電池是一種新型無(wú)污染能源技術(shù),利用細(xì)菌新陳代謝降解海泥中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物,從而產(chǎn)生電流。它應(yīng)用在深海工作的低功率監(jiān)測(cè)儀器中是非常有前景的。目前,海底生物燃料電池的輸出功率還比較低,極大地限制了它的廣泛應(yīng)用。本工作中,我們通過設(shè)計(jì)電極形狀和添加改性試劑等方法,以提高海底生物燃料電池的功率。
　　 首先,我們研究了電極形狀

2、對(duì)海底生物燃料電池性能的影響。我們?cè)O(shè)計(jì)了網(wǎng)狀、平板狀、樹枝狀和柱狀陽(yáng)極,森林狀和圓盤狀的陰極,組裝成電池,分組進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。結(jié)果表明,網(wǎng)狀和樹枝狀陽(yáng)極由于具有較小的擴(kuò)散阻力,功率密度和極限擴(kuò)散電流都比平板狀陽(yáng)極和柱狀陽(yáng)極高得多;森林狀陰極因?yàn)榫哂腥嘟缑?跟圓盤狀陰極相比,輸出功率密度提高了47％,極限擴(kuò)散電流提高了161％。因此,電極形狀可直接影響微生物燃料電池的性能。我們的研究結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)理想的電池外型具有指導(dǎo)意義。
　　 其

3、次,我們通過對(duì)石墨陽(yáng)極進(jìn)行化學(xué)改性來(lái)提高海底生物燃料電池的性能。一種新型改性試劑-Fenton試劑被加到石墨陽(yáng)極上。改性后的陽(yáng)極表面主要引入了羥基和羰基:接觸角從82°減小到48°,親水性明顯提高。塔菲爾曲線顯示改性前后交換電流密度分別為0.05 A/m2,0.17 A/m2。這表明電極的動(dòng)力學(xué)活性顯著增加。改性后,電池的最大輸出功率密度比改性前提高了64％。引入的羥基和羰基充當(dāng)了電子轉(zhuǎn)移介體,明顯提高了電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活性,增加了陽(yáng)極表