微生物燃料電池陽(yáng)極生物膜的形成和產(chǎn)電性能的研究.pdf

1、微生物燃料電池（Microbial fuel cells，MFCs）是一種能夠處理污水同時(shí)產(chǎn)電的新技術(shù)。陽(yáng)極生物膜的特性是直接影響微生物燃料電池性能的關(guān)鍵因素之一。選擇合適的外界培養(yǎng)條件和優(yōu)化陽(yáng)極構(gòu)造可以提高陽(yáng)極生物膜的性能。本論文通過(guò)改變外接電阻研究了微生物燃料電池的啟動(dòng)過(guò)程，結(jié)合極化曲線(xiàn)分析了陰陽(yáng)極性能對(duì)電池產(chǎn)電的影響。構(gòu)造微型微生物燃料電池研究了不同構(gòu)型陽(yáng)極的生物膜特征和產(chǎn)電性能。
　　采用不同外接電阻研究了隔膜電極組裝型微

2、生物燃料電池（Separator electrode assemble，SEA-MFC）的啟動(dòng)過(guò)程和產(chǎn)電性能，研究發(fā)現(xiàn):采用大電阻，SEA-MFC反應(yīng)器啟動(dòng)快，如在1000Ω下，啟動(dòng)時(shí)間為75h，而在10Ω下啟動(dòng)時(shí)間為143h。SEA-MFC的功率密度受限于陽(yáng)極性能。外接電阻主要影響剛啟動(dòng)完成時(shí)的陽(yáng)極性能，而電池運(yùn)行一定時(shí)間后，所有陽(yáng)極其產(chǎn)電性能趨于相同，此時(shí)陽(yáng)極性能主要受溶解氧的影響。研究還發(fā)現(xiàn):SEA-MFC產(chǎn)電功率隨運(yùn)行時(shí)間的增加

3、而降低，陰極性能降低是電池產(chǎn)電功率下降的主要原因。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜(EDX)分析陰極截面形貌和成分發(fā)現(xiàn):陰極內(nèi)部存在磷酸鹽晶體，磷酸鹽晶體阻礙了氧氣的擴(kuò)散，是陰極性能下降的主要原因之一。
　　為了考察不同構(gòu)型陽(yáng)極的生物膜特征和產(chǎn)電性能，本文開(kāi)發(fā)了微型微生物燃料電池體系，并利用這一體系研究了不同長(zhǎng)度和根數(shù)構(gòu)成的碳纖維陽(yáng)極。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)陽(yáng)極為單根碳纖維時(shí)，陽(yáng)極長(zhǎng)度為1cm的微生物燃料電池的最大功率密度最大，為10.5

4、0W/m2。隨碳纖維絲長(zhǎng)度從2cm增加到14cm，微生物燃料電池的最大功率逐漸降低。當(dāng)以多根2cm長(zhǎng)的碳纖維絲為陽(yáng)極時(shí)，微生物燃料電池的功率與根數(shù)（1-4根）成正比，當(dāng)采用4根2cm纖維絲時(shí)，微生物燃料電池的最大功率密度為2.92W/m2，該數(shù)值是以單根8cm碳纖維絲為陽(yáng)極的電池功率密度的2.78倍。觀(guān)察碳纖維絲陽(yáng)極生物膜的分布表明:沿長(zhǎng)度方向碳纖維絲上生長(zhǎng)的生物膜結(jié)構(gòu)差異較大，在電流引出端附近的生物量明顯大于其它地方，造成生物量的差異