碳納米管復合電極及鈀陽極在海底微生物燃料電池中的性能研究.pdf

1、隨著能源短缺和環(huán)境污染的不斷出現(xiàn)，研發(fā)新型能源成為解決問題的關鍵。微生物燃料電池（Microbial fuel cells，MFCs）是一種新型能源供給裝置，利用厭氧環(huán)境下的微生物將有機物中的化學能轉化為電能。海底微生物燃料電池（Marine benthic microbial fuel cells，BMFCs）是一種特殊類型的MFCs，其產電方式為:利用置于海泥中的陽極，導出微生物代謝有機物等物質產生的電子;電子經外電路傳遞至陰極，發(fā)

2、生氧氣的還原反應，形成閉合回路而產生電能。
　　BMFCs的輸出功率密度還相對較低，實際應用受到限制。陽極性能直接決定微生物的附著、有機物的氧化、電子轉移。陽極改性可以提高其電化學性能，使電池的輸出功率密度增加。陰極改性可以加快氧氣的還原反應，也是提高BMFCs性能的一種途徑。主要研究內容如下:
　　(1)利用循環(huán)伏安電沉積方法，在海底微生物燃料電池陽極沉積鈀顆粒，并研究了鈀改性陽極的電化學性能。結果表明，改性陽極具有更高的

3、交換電流密度，其構建的電池內阻較低，輸出功率密度較高。2 mM/L的PdCl2溶液改性陽極交換電流密度達到295.1 mA/m2，是未改性的2.4倍;電池最大功率密度達到610.6 mW/m2，是未改性的5.3倍。在電子向陽極傳遞過程中，推測鈀粒子接收細胞色素和胞外氫化酶傳遞的電子，加速電子跨膜轉移，并提出了一種新的電子轉移模式。
　　(2)通過共沉淀法制備Fe3O4粉末，再與MWCNTs混合制成Fe3O4/MWCNTs復合材料，

4、并用此復合材料和Fe3O4分別對碳氈陽極進行改性。研究結果表明，F(xiàn)e3O4/MWCNTs改性陽極的交換電流密度較大，為775.4 mA/m2;其組成的電池最大輸出功率密度高達413 mW/m2，是未改性電池的3倍。最后簡要分析了改性陽極性能提升的原因。推測Fe3O4作為電子轉移中介體加速了電子向陽極的轉移。Fe3O4/MWCNTs復合陽極使電子轉移效率增加，提高了電池的電化學性能。
　　(3)制備Hemin（氯化血紅素）/MWCN