电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.     

微生物燃料电池修复钒污染地下水的响应曲面优化研究

使用响应曲面法, 对单室微生物燃料电池去除五价钒的运行条件进行分析和优化。采用乙酸钠作为单室微生物燃料电池的碳源, 探讨钒初始浓度、COD初始浓度和电解液电导率对五价钒去除率的影响, 三因素三水平的响应曲面分析结果表明, 五价钒初始浓度对五价钒去除率的影响最显著, 其次为 COD 初始浓度, 最后是电解液电导率。利用响应曲面法得到最优实验条件: 五价钒初始浓度为75.44 mg/L, COD初始浓度为1007.48 mg/L, 电导率为11.98 mS/cm, 此时可获得五价钒的最大理论去除率80.31%。验证实验的结果证实了该优化方法的可靠性。研究成果可以促进微生物燃料电池技术在治理钒污染地下水领域的实际应用。     

RPEMFC/膨胀机可再生能源驱动的综合能源系统性能研究

为提高可再生能源在冷热电联供系统中的利用率，提出一种以可逆质子交换膜燃料电池RPEMFC和膨胀机为主要部件的新型冷热电联供综合能源系统，通过引射器和膨胀机回收电解池氧气侧的压力能，以RPEMFC电堆的冷却回路和膨胀机出口冷气分别对外供热和制冷。为获得系统中主要设备运行参数对系统性能的影响，建立了系统的热力学模型，进而揭示了系统效率、?效率、压缩机耗功、膨胀机回收功、系统制热制冷量等随参数的变化规律。研究结果表明，当RPEMFC电堆以50kW的发电功率运行时，系统发电效率为56.2%，热效率35.2%，总效率91.4%，?效率54%，且在15kW-85kW的发电功率变化范围内系统能效均超过89%。系统能量效率及?效率对引射器流量比及引射器工作流压力变化较为敏感，并以影响系统发电效率为主；压缩机出口压力变化对系统能效影响不大，但压缩机出口压力增大有利于系统增加产冷量。     

碱性阴离子交换膜的碱稳定性

碱性阴离子交换膜(AEMs)是碱性阴离子交换膜燃料电池的核心部件之一,目前已成为制约碱性阴离子交换膜燃料电池发展的关键因素.离子传导基团在碱性条件下,容易受到氢氧根离子的攻击发生降解.本文主要从以下3个方面介绍了近期AEMs在耐碱稳定性方面的研究成果:(1)开发稳定的离子传导基团,并通过提高离子传导基团的电子密度和增大缺电子位置的空间位阻提高离子基团的稳定性;(2)在离子传导基团与聚合物主链之间引入长烷基侧链;(3)合成不含醚氧键的聚合物主链,改善AEMs的耐碱稳定性.     

PEMFC电堆加速老化测试及性能恢复现象分析

对自制kW级的质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在车载工况下进行了加速老化测试(ADT).结合极化曲线、交流阻抗谱(EIS)及电压-时间曲线考察了PEMFC的性能变化.通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对试验前后的膜电极进行非现场表征对比分析,解释PEMFC性能衰退的原因.结果表明:603h车载工况加速老化试验后,电堆最大功率下降21.6%,同时电堆在休整之后存在明显的性能恢复现象;常相位角元件值和法拉第阻抗值在电堆休整后减小,说明催化剂活性有所恢复,电堆内部水热环境在冷机启动后达到较理想状态.     

循环伏安法测定聚苯并咪唑膜电解质甲醇透过率

研究建立了电化学循环伏安法(CV)测定磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)膜甲醇透过率的方法.以磷酸溶液为电解质,在扫描电压范围-0.2~1.2 V和扫描速度100 m V/s的条件下测试了不同磷酸掺杂水平PBI膜的甲醇透过率.研究表明,根据膜样品酸掺杂水平选择磷酸电解质溶液的浓度可使待测PBI膜的酸掺杂水平在测定过程中保持不变,进而保障结果的准确性和可靠性;与纯PBI膜的甲醇透过率(1.34×10-8cm2/s)相比,磷酸掺杂PBI膜的甲醇透过率有所增加,当PBI膜的酸掺杂水平为2.5~3.2时,膜的甲醇透过率为3.2×10-8~14×10-8cm2/s.     

氮掺杂石墨烯的制备及其氧还原电催化性能

以三聚氰胺和氧化石墨烯(GO)为原料,经物理研磨和高温热解得到氮掺杂石墨烯(三聚氰胺-NG).扫描电子显微镜(SEM)测量显示,所制备的三聚氰胺-NG厚度和表面褶皱较掺杂前略有增加.X射线光电子能谱(XPS)表明,在三聚氰胺-NG中氮元素以吡咯N、吡啶N和石墨N 3种形式掺杂在石墨烯中,它们的比例分别是14.5%、24.5%和61.0%.同时运用循环伏安法(CV)和旋转圆盘电极技术(RDE)测试了三聚氰胺-NG在碱性介质中的氧还原电催化活性.结果表明,与商业石墨烯和由聚吡咯为氮源制备的氮掺杂石墨烯(ppy-NG)相比,三聚氰胺-NG具有较高的电催化活性和较正的氧还原起始电位(-0.09V),并且电催化还原氧气时主要为4电子反应.由于其较高的氧还原性能和较低的成本,三聚氰胺-NG在碱性燃料电池阴极电催化剂中有良好的应用前景.     

基于甘蔗制备微生物燃料电池的阳极材料

天然植物甘蔗经碳化可形成具有多孔结构的碳材料。将该多孔碳材料作为微生物燃料电池的阳极,并采用电化学技术和扫描电子显微镜的形貌技术系统研究该多孔碳材料的阳极性能以及微生物膜的生长情况。研究结果表明该多孔碳材料作微生物燃料电池阳极可产生高达2.32 m A/cm2的阳极电流密度,是一种非常好的阳极材料。     

SiO2/CaCO3复合补强剂对PEMFC垫片材料力学性能的影响

补强剂对质子交换膜燃料电池(PEMFC)垫片材料的力学性能至关重要。选用甲基乙烯基硅橡胶生胶作基础胶,以气相法SiO_2和纳米CaCO_3作复合补强剂制备硅橡胶垫片材料。通过改变补强体系中m(SiO_2)∶m(CaCO_3),研究SiO_2/CaCO_3复合补强剂对PEMFC垫片材料力学性能的影响。实验结果表明:在CaCO_3质量相同且羟基硅油质量随补强剂总质量等比例变化的条件下,随着m(SiO_2)的增加,垫片材料的拉伸强度和硬度升高,但压缩永久变形和压缩应力松弛随之增大;在m(SiO_2)相同且羟基硅油质量随补强剂总质量等比例变化的条件下,随着m(CaCO_3)的增加,垫片材料的拉伸强度和硬度降低,而压缩永久变形和压缩应力松弛随之减小。当m(SiO_2)∶m(CaCO_3)为30∶10时,垫片材料的拉伸强度达到4.93 MPa,压缩永久变形为5.3%(25℃、72 h),压缩应力松弛为7.4%(25℃、24 h),此时垫片材料的拉伸强度、硬度、压缩永久变形和应力松弛等综合力学性能相对较好。