直接生物質(zhì)堿性燃料電池性能及機(jī)理研究.pdf

1、葡萄糖和纖維素是地球上含量豐富、可再生、環(huán)境友好的生物質(zhì),是一種有潛力的能源。雖然它們?nèi)菀撰@取,方便使用但是目前的技術(shù)尚不能在常溫下直接氧化它們以獲得能量。使用酶和微生物作為催化劑的燃料電池因為其功率輸出低和持久性差而被限制,使用貴金屬作為催化劑的燃料電池則由于其昂貴的造價而不能大規(guī)模使用。
　　在該論文中,利用實驗室已經(jīng)構(gòu)造的堿性單室燃料電池,用甲基紫精作為電子傳遞體,鎳網(wǎng)作為電池陽極,含鉑碳催化劑的碳布為陰極,研究了葡萄糖、K

2、OH和甲基紫精濃度等不同因素對電池性能的影響,并結(jié)合高效液相色譜對葡萄糖的氧化產(chǎn)物進(jìn)行了測定。結(jié)果表明,在1M葡萄糖、3M KOH和5mM甲基紫精的條件下,電池功率密度可以達(dá)到0.62mW/cm2;主要的氧化產(chǎn)物是短鏈有機(jī)酸,表明葡萄糖在電池放電過程中得到深度的氧化。此外,論文還提出了鎳陽極和甲基紫精在電池中的作用機(jī)理,并給出了葡萄糖在電池中可能的氧化反應(yīng)過程。
　　在此研究基礎(chǔ)上,論文進(jìn)一步構(gòu)建了以纖維素為燃料的堿性燃料電池,并

3、研究了電池厭氧環(huán)境、NaOH濃度和甲基紫精濃度對電池性能的影響。在1％纖維素、5M NaOH和15mM甲基紫精的情況下,電池的最大功率為450mW/m2,最大開路電壓為0.55V。高效液相色譜法檢測到在其氧化產(chǎn)物中也存在著大量短鏈有機(jī)酸。結(jié)合實驗結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn),提出在堿性燃料電池中纖維素的氧化涉及到下列反應(yīng):中間斷鏈、剝皮反應(yīng)、烯醇化/異構(gòu)化、β-OH消除,α-二羰基裂解和醛醇縮合。此外,使用常見的蘆葦和紅藻作為燃料,燃料電池分別實現(xiàn)了