论文部分内容阅读
随着人类生活水平的提高和经济社会的不断发展,能源短缺以及大量化石燃料的燃烧所带来的环境污染与破坏现象越来越引起人们的重视。寻找高效、环保的新型能源已经迫在眉睫。 作为一种新型能源装置——微生物燃料电池(MFCs),它利用产电微生物自身的新陈代谢作用催化降解有机物产生电子,将部分化学能转化成电能。海底沉积物微生物燃料电池(BMFCs)是MFCs的一种类型,其产电方式是:产电微生物氧化、分解沉积物中的有机物质及部分无机物质释放出电子和质子;电子通过置于海底沉积物中的阳极和外电路传递到阴极,而质子则透过海水、海泥界面层传递到阴极附近并与阳极产生的电子和海水中的氧结合生成水,从而释放出电能。BMFCs为开发和利用广阔的海底沉积层提供了一种全新的方式,同时其简单的电池构型和环境友好性,使此类电池得到相关领域研究人员的广泛关注。 但是,BMFCs输出能量较低的缺点限制了它在实际中的应用。其中,阳极表面与微生物之间较低的电子传递效率是导致电池性能缺陷的关键原因,因此提高并改进阳极的性能成为当前研究的焦点。导电聚合物作为一种新型的阳极改性材料也引起了学术界的广泛关注。本文着重探讨了导电聚合物改性阳极对BMFCs性能的影响,为BMFCs的实际应用提供了更多的理论依据。主要研究内容与结论如下: (1)利用电化学聚合方法在玻碳电极表面合成聚苯胺膜层,讨论了在不同聚合电位、掺杂酸种类、pH值和单体浓度下,聚苯胺的电化学性能。结果表明:在0.5mol·L-1 H2SO4溶液中,扫描范围-0.2 V~0.9 V,单体浓度0.05 mol·L-1的条件下,聚苯胺表现出较好的电化学活性。 (2)利用电化学聚合法在碳毡电极表面沉积导电聚苯胺膜层,并以该改性电极作为BMFCs的阳极。研究结果表明:电化学聚合后,碳毡电极表面附着一层导电型聚苯胺,电池性能明显提高;电池最大功率密度为160.1 mW·m-2(对应电流密度为400.0 mA·m-2),是未改性碳毡电极的2倍多。最后,分析了导电聚苯胺独特的掺杂-脱掺杂机制在改善BMFCs中电子传递作用方面的机理。 (3)利用电化学聚合法在碳毡电极表面沉积导电聚苯胺-聚吡咯复合膜层,并以该改性电极作BMFCs的阳极。研究结果表明:电沉积后,电极表面附着大量的导电型聚苯胺-聚吡咯,电池性能明显提高;电池最大功率密度为213.4mW·m-2(对应电流密度为491.8 mA·m-2),是未改性碳毡电极的3倍左右。最后,分析了导电聚苯胺-聚吡咯复合膜层能够改善BMFCs性能的作用机理。