海底微生物燃料电池阳极锰盐改性及产电性能研究

阳极是限制海底微生物燃料电池输出功率的关键因素,通过改性阳极,可望提高微生物燃料电池性能.本文利用MnSO4氧化还原介体修饰石墨阳极,研究了MnSO4含量对阳极和电池产电性能的影响.结果表明,锰离子可有效加速电子转移,当阳极MnSO4的含量为4%时,阳极性能最好,电池内阻最小,最大输出功率密度为51.64mW/m2,是...     

Fenton试剂改性海底生物燃料电池阳极及电化学性能

阳极材料直接影响海底生物燃料电池的性能。本文采用一种新型改性试剂—Fenton试剂对石墨阳极进行改性处理。结果表明,改性后电极表面主要引入了羟基和羰基,接触角从82°减小到48°,亲水性明显提高。塔菲尔曲线显示,改性前后交换电流密度分别为0.05 A/m2、0.17 A/m2,电极的动力学活性显著增加,提高了两倍之多。改性和未改性电池的最大输出功率密度分别为33.21 mW/m2、20.27 mW/m2,提高了64%。这是由于阳极表面处理后引入的羟基和羰基充当了电子转移介体,明显提高了电极反应动力学活性,增加了阳极表面细菌吸附数量,加速了阳极反应,提高了电池性能。该类高性能阳极材料可望用于海底生物燃料电池的开发。     

氨气处理碳毡阳极对海底沉积物微生物燃料电池性能的影响

选取500℃、650℃、800℃对石墨碳毡阳极进行氨气处理,分别构建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)。结果表明:改性后其微生物活性和电化学活性均明显提高。500℃改性阳极表面微生物数量(10.420×10^11 cfu/m^2)是Blank组的2.9倍,说明500℃氨气改性增加了微生物的附着量。500℃改性阳极循环伏安电容性能(62.1 F/m^2)是Blank组的2.0倍,表明其氧化还原电化学活性显著提高;电荷转移电阻(14.46Ω)为Blank组(62.39Ω)的1/4,交换电流密度是Blank组的1.1倍,说明500℃氨气处理提高了阳极的电子转移动力学活性和抗极化能力。500℃改性阳极的输出功率(60.67 mW/m^2)为Blank组(29.17 mW/m^2)的2.1倍,其长期输出电压达到692 mV且产电更加稳定,电池性能显著提升。     

四氧化三钴/石墨复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

首次将四氧化三钴/石墨(Co_3O_4/G)复合材料用于海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)阳极改性,并对阳极电化学性能和电池性能进行研究。结果表明,Co3O4/G复合改性阳极表面的微生物附着数量是空白组的6.1倍;其氧化还原电化学活性和电容特性分别是空白组的16.2倍和31.0倍;交换电流密度达到1.366×10-3m A·cm-2,电子转移动力学活性是空白组的215.6倍,且其抗极化能力最强;电荷转移电阻降至空白组的2/5,并且双电层电容和生物膜电容均得到增加;其组成电池的功率密度为735.1 m W/m2,是空白组电池的4.6倍。机理分析表明,Co_3O_4和石墨的协同作用使复合改性阳极的电容性能和电子转移速率得到提高。     

海底沉积物层镁阳极化学燃料电池构建及性能研究

研究了一种新型电池结构:海底沉积层镁阳极燃料电池。测试了镁阳极在海底沉积物层的应用性能,研究了组装电池的功率输出,阴、阳极极化性能及长期放电特征。结果表明,电池开路电压1.947 V,电池最大功率密度44.33 mW/cm2,自腐蚀速率(放电电流密度)0.009 mA/cm2,电流密度较大,电位较负,在外接负载条件下长期工作性能稳定。     

甲硫氨酸沉积物和电化学沉积聚噻吩改性阳极对海底微生物燃料电池电化学性能的影响

使用电沉积的方法制备导电聚噻吩修饰的碳毡及在沉积物中添加甲硫氨酸组成一种新型双改性阳极,以此构建海底沉积物微生物燃料电池,并对阳极的电化学性能和电池性能进行测试。结果表明,双改性阳极表面微生物的数量为空白组的11.30倍,生物膜电容是空白组的1.4倍,说明双改性阳极提高了微生物的数量;双改性阳极循环伏安电容量(302.6 F/cm~2)是空白组(38.20 F/cm~2)的8.0倍,峰电流密度为5.980 A/m~2,交换电流密度(48.29×10~(-3)m A/cm~2)是空白组(0.073 7×10-3m A/cm~2)的651.3倍,说明双改性组的氧化还原电化学活性、抗极化能力和电子转移动力学活性显著提高;双改性电池的输出功率(190.6 m W/m~2)是空白组(71.8 m W/m~2)的2.7倍,说明双改性方法提高了电池阳极的电化学性能和电池性能。     

海底微生物燃料电池阳极邻苯二酚紫修饰及电化学性能

为了提高海底微生物燃料电池(BMFC)的功率,尝试利用邻苯二酚紫(PCV)修饰电池阳极,分析研究其电化学性能.结果表明,改性阳极表面的接触角由129.1°减小到了63.3°,亲水性增加.表面附着可培养异氧细菌数由6.8×105/cm2增加到1.6×106/cm2,数量提高1倍.改性阳极具有很好的抗极化性能,交换电流密度...     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

外源营养物对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

以天然海泥(BMFC-0)、添加尿素的海泥(BMFC-1)和添加乳酸的海泥(BMFC-2)构建海底沉积物微生物燃料电池(BMFCs),研究外源添加营养物质对BMFCs电池性能及电极电化学性能的影响。结果表明,尿素和乳酸这两种营养物质明显影响海泥中微生物的数量和电化学性能;计数结果表明,BMFC-2中的细菌数量最多,约为1.08×10~(11)cfu/m~2,分别是BMFC-1和BMFC-0的2.97倍和13.5倍。Tafel测试结果表明,BMFC-2阳极生物膜电化学活性高于BMFC-1和BMFC-0;BMFC-1和BMFC-2的阳极电子交换动力学活性分别是BMFC-0的1.30倍和1.63倍。通路状态下,BMFC-2的输出电压最大(约520 mV),BMFC-0的输出电压最低(约175 mV);BMFC-2的最大输出功率密度为96.57 mW·m~(-2),分别是BMFC-0(10.94 mW·m~(-2))和BMFC-1(51.57 mW·m~(-2))的8.83倍和1.87倍。根据外源营养物质对阳极表面生物膜电容特性影响的分析,提出了外源营养物提高电池性能的模型,阴极表面细菌数量增多,代谢产生的电子数量增加,生物膜增厚,生物模电容和双电层电容增大。     

碳酸氢铵电化学氧化阳极对含油海底沉积物微生物燃料电池性能影响及其加速降解研究

制备了3种阳极(未改性阳极、氨水改性阳极、NH_4HCO_3电化学氧化改性阳极)组建海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs),探究阳极的不同氨改性方法对含油MSMFCs电化学性能和石油降解率的影响。结果表明,电化学氧化改性阳极的电容特性是未改性阳极组的1.78倍,并且其抗极化能力最强,交换电流密度为2.57×10~(-2)A·m~(-2),是未改性的5.00倍;由电化学氧化改性阳极组建的电池的最大输出功率密度是1.53×102m W·m~(-2),较空白组的增加3.56倍,且该电池阳极沉积物中石油的降解率是空白组的10.40倍,这是因为改性阳极表面连入了有利于微生物附着的酰胺基团和氨基基团,提高了电池电化学性能并加速了石油的降解。     

Amorphous Sn modified nitrogen-doped porous carbon nanosheets with rapid capacitive mechanism for high-capacity and fast-charging lithium-ion batteries

Sn-based materials are considered as a kind of potential anode materials for lithium-ion batteries (LIBs) owing to their high theoretical capacity. However, their use is limited by large volume expansion deriving from the lithiation/delithiation process. In this work, amorphous Sn modified nitrogen-doped porous carbon nanosheets (ASn-NPCNs) are obtained. The synergistic effect of amorphous Sn and high edge-nitrogen-doped level porous carbon nanosheets provides ASn-NPCNs with multiple advantages containing abundant defect sites, high specific surface area (214.9 m²·g⁻¹), and rich hierarchical pores, which can promote the lithium-ion storage. Serving as the LIB anode, the as-prepared ASn-NPCNs-750 electrode exhibits an ultrahigh capacity of 1643 mAh·g⁻¹ at 0.1 A·g⁻¹, ultrafast rate performance of 490 mAh·g⁻¹ at 10 A·g⁻¹, and superior long-term cycling performance of 988 mAh·g⁻¹ at 1 A·g⁻¹ after 2000 cycles with a capacity retention of 98.9%. Furthermore, the in-depth electrochemical kinetic test confirms that the ultrahigh-capacity and fast-charging performance of the ASn-NPCNs-750 electrode is ascribed to the rapid capacitive mechanism. These impressive results indicate that ASn-NPCNs-750 can be a potential anode material for high-capacity and fast-charging LIBs.     

SnO_2/MWCNTs复合改性阳极对海底沉积物微生物燃料电池电化学性能的影响

采用电沉积法和浸渍法制备了氧化锡/多壁碳纳米管(SnO_2/MWCNTs)复合材料,并首次将其应用在海底沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)的阳极改性,测试分析SnO_2/MWCNTs改性阳极的电化学性能和由其组成的电池性能。结果表明,SnO_2/MWCNTs复合阳极的氧化还原电化学活性和电子转移动力学活性分别是空白组的28.26倍和983.7倍;电容性能是空白组的43.14倍;阳极电荷转移电阻约是空白组的1/4。复合改性阳极组MSMFCs的最大功率密度(1 085.1 m W/m2)是空白组的2.17倍。机理分析表明,MWCNTs提高了阳极的导电性,SnO_2使氧化还原反应更容易进行,阳极的电容性能增加;在特殊的海洋弱碱条件下,SnO_2和MWCNTs的增强协同作用使复合改性阳极表现出更加优异的性能。     

樟脑磺酸掺杂聚苯胺复合阳极在海底微生物燃料电池中的应用

制备了一种樟脑磺酸掺杂聚苯胺(PANI-(D-CSA))新型复合阳极,研究了其最佳配比,并在海底微生物燃料电池(BMFC)中测定其电化学性能.采用XRD衍射、热失重对聚苯胺阳极材料进行了表征.结构分析表明,PANI-(D-CSA)为部分结晶,热稳定性较好.性能测试表明,PANI-(D-CSA)质量分数为50%时复合阳极...     

固体氧化物燃料电池力学性能和形变行为研究

通过流延成型、丝网印刷和共烧结法成功制备了阳极支撑的平板式固体氧化物燃料电池(SOFCs)。采用陶瓷样品同轴环施力方式和双扭法测试单电池的抗弯强度和断裂韧性分别为156.69 MPa与2.51 MPa•m^1/2。当阳极支撑体由陶瓷(NiO/YSZ)还原为金属陶瓷(Ni/YSZ), 其抗弯强度和断裂韧性分别为104.48 MPa与3.95 MPa•m^1/2。同时电池的弯曲变形测试表明: 单电池经过阳极还原后弯曲变形程度变大, 平整化压力从电池阳极还原前的108 N增加至184 N, 而电池抵抗破裂能力增强。本研究显示, 随着阳极支撑体还原后单电池的断裂韧性显著提高, 将有效减缓其弯曲变形所引起的不利影响, 改善单电池的综合力学性能。