直接甲酸钠/铁氰化钾微流体燃料电池性能研究

微流体燃料电池(MFC)利用两股流体在微通道内呈平行层流的特性, 无需传统燃料电池中的质子交换膜, 自动将燃料与氧化剂隔开. 本工作构建了阴阳极均为碱性介质且阴极无催化剂即可反应的直接甲酸钠/铁氰化钾MFC, 考察了反应物流速、氧化剂浓度、燃料浓度对该电池产电性能的影响. 实验结果表明, 在反应物流速为200 μL•min^-1, 铁氰化钾氧化剂浓度为1 mol•L^-1, 甲酸钠燃料浓度为1.5 mol•L^-1时, 该微流体燃料电池性能达到最优, 其最高功率密度为123.93 mW•cm^-2, 极限电流密度为220.93 mA•cm^-2. 为了获得该电池的稳定运行性能, 对电池进行了恒电压放电实验. 结果表明, 该电池在2.25 h内可以持续较稳定地放电. 此外, 对该电池在开路状态下进行了电化学阻抗谱测试, 获得该电池内阻为18.4 Ω.     

全酶型乙醇/氧气生物燃料电池的构筑及性能研究

本文以乙醇脱氢酶（ADH）和胆红素氧化酶（BOD）为生物催化剂,以碳纳米管为电极材料,构筑了全酶型乙醇/氧气生物燃料电池. 将乙醇脱氢酶负载于单壁碳纳米管（SWCNT）上,采用亚甲基绿（MG）为NADH的电化学催化剂,实现乙醇的生物电化学催化氧化,制备了生物燃料电池ADH/MG/SWCNT/GC的电极（阳极）. 同时,将胆红素氧化酶固定于单壁碳纳米管上,通过其直接电子转移,实现了氧气的生物电化学催化还原,制得生物燃料电池的BOD/SWCNT/GC阴极. 据此构筑了全酶型的无膜生物燃料电池,在空气饱和40 mmol·L^-1乙醇磷酸缓冲溶液中该电池开路电压为0.53 V,最大输出功率密度为11 μW·cm^-2. 以商品化伏特酒作为燃料,该生物燃料电池最大输出功率为3.7 μW·cm^-2.     

溶解氧及波长对光助阳极沉积CeO2薄膜的影响

本文主要研究在含有0.05 mol·L^-1硝酸铈、0.1 mol·L^-1乙酸铵和70%（体积比）乙醇的镀液中通过阳极电沉积法在316 L不锈钢电极表面上制备CeO₂薄膜,并讨论了三种单色光波长以及镀液中溶解氧对阳极沉积CeO₂的影响. 采用计时安培曲线、椭圆偏振光谱、扫描电子显微镜、掠角X射线衍射和拉曼光谱方法研究了薄膜的电镀行为、表面形貌及其结构. 结果表明,本研究中的有效光照射波长为365 nm和254 nm,415 nm的波长不足以将电子从导带激发到价带. 随着入射光波长从254 nm增加到415 nm,薄膜的厚度与结晶度均逐渐减小,波长的变化对CeO₂薄膜表面形貌的影响很小. 少量的氧气对光助阳极沉积CeO₂薄膜有积极作用,但会生成较多的铈的氧化物颗粒吸附在电极表面. 在光电化学系统中,O₂常用作电子捕获剂. 随着溶解氧含量的增加,O₂将捕获对沉积有积极作用的光生电子,进而抑制阳极沉积的反应速率.     

生物膜电极在以苯酚为燃料的微生物燃料电池中的应用

以苯酚为燃料, 生物膜电极为负极, Ti/SnO₂-Sb₂O₅/PbO₂电极为正极, 构建了双室微生物燃料电池. 利用微电流驯化法和自然驯化法分别制备了生物膜电极, 研究了微生物的挂膜方法、 挂膜时间和负极基底材料种类对微生物燃料电池产电能力的影响. 结果表明, 微电流驯化法优于自然驯化法, 微电流驯化法制备的生物膜电极更利于电池的产电; 微生物的挂膜时间为8 d时, 电池的产电能力最高, 其最大输出功率密度达到39 mW/m²; 不同基底材料生物膜电极所组建的微生物燃料电池产电能力高低顺序为碳毡>石墨>钛网>泡沫钛.     

微生物阳极燃料电池极性反转现象研究

本文在构建出微生物阳极燃料电池系统的基础上,研究了微生物燃料电池极性反转现象. 实验表明,由活性污泥混合菌源接种的微生物阳极在电极表面形成电化学生物膜,但平行构建的微生物阳极燃料电池系统在内阻、输出电压和放电时长等方面存在着不同程度差异. 在串联微生物燃料电池组中,放电操作会导致性能较差的微生物单电池首先出现极性反转. 电极电势测量表明,较高的放电电流使微生物阳极电势迅速正移,导致电池系统出现极性反转. 在室温范围内,温度升高可使MFC承受较高的放电电流,不易发生极化. 燃料物质缺乏时,MFC易发生极性反转,但过高的电流仍能使燃料物质充分的MFC出现极性反转. MFC极性反转会对微生物阳极性能造成影响. 极性反转时间较短(<5 min),对微生物阳极影响不大,但延长极性反转时间,会导致微生物阳极性能下降.     

离子交换色谱-脉冲安培法测定卷烟主流烟气中硫化氢

提出了离子交换色谱-脉冲安培检测法分离测定卷烟主流烟气中硫化氢的含量。样品中的硫化氢经含有100 mmol·L^-1氢氧化钠-400 mmol·L^-1乙酸钠-0.5%乙二胺-20 mmol·L^-1抗坏血酸混合溶液捕集后,以IonPacAS7阴离子交换色谱柱为分离柱、100 mmol·L^-1氢氧化钠-400 mmol·L^-1乙酸钠-0.5%乙二胺混合溶液为淋洗液洗脱,银电极为工作电极,pH/Ag/AgCl电极为复合参比电极,用脉冲安培检测法进行测定。硫离子的质量浓度在0.1～5.0 mg·L^-1范围内与其峰面积呈线性关系,检出限为1.52μg·L^-1。方法的加标回收率在92.4%～96.4%之间,测定值的相对标准偏差（n=6）在2.0%～3.3%之间。     

酸处理的碳作为阳极电催化剂用于直接抗坏血酸碱性膜燃料电池

为改善电催化活性和亲水性,作者对商业碳黑（BP2000）进行了酸处理,获得了酸处理碳（ATC）. 通过X光电子能谱、红外光谱、热重和接触角测试的表征方法证明了酸处理在碳表面产生了丰富的含氧基团. 本文首次利用紫外可见光谱测试了碱性条件抗坏血酸（AA）在空气中的化学氧化活化能,结果为37.1 kJ·mol^-1. 另外,利用交流阻抗谱对碱性条件下ATC作为电催化剂时AA的氧化反应的活化能进行了评价. 碱性条件下,AA在单电池中有无ATC电催化剂层条件下的活化能分别为26.5和34.5 kJ·mol^-1,活化能的降低表明ATC是一种有效的阳极电催化剂. 作者将ATC应用于直接碱性膜AA燃料电池（DAAFCs）作为阳极电催化剂,并且对DAAFC中一系列参数进行了优化,包括催化剂在膜（CCM）或气体扩散层（CDM）上的喷涂方法、阳极电催化剂的载量、阳极电催化剂中碱性聚合物的比例. 结果表明,采用CCM的膜电极制备方法、0.5 mg·cm^-2的ATC载量、25wt%的碱性聚合物添加比例时,DAAFCs单池的功率密度可达18.5 mW·cm^-2,远高于使用商品PtRu/C（5 mW·cm^-2）做阳极电催化剂的单池. 在寿命测试中,使用溶解于1 mol·L^-1 NaOH水溶液中的 0.5 mol·L^-1 AA作为燃料（流速15 mL·min^-1）,DAAFCs单池的功率密度可以在25 min内维持在4 mW·cm^-2以上（75 °C）.     

不锈钢网阴极微生物燃料电池的产电性能研究

构建了一个以曝气池污泥为阳极接种微生物、碳毡为阳极、无任何修饰的不锈钢网为阴极的双室微生物燃料电池. 通过输出电压、功率密度以及电化学阻抗等考察了阴极面积对电池产电性能的影响,并对电池的长期运行稳定性进行评价. 研究结果表明,不锈钢网作为微生物燃料电池的阴极性能稳定. 当不锈钢网面积为2 × 2 cm²时,最大输出电压达到0.411 V,功率密度为0.303 W•m^-2,内阻841 Ω,极化内阻80 Ω. 增大阴极面积至2 × 4 cm²,最大输出电压能达到0.499 V,内阻减小至793 Ω. 不锈钢网价格便宜,具有长期运行稳定性,适宜做MFCs的阴极.     

直接硼氢化物燃料电池（DBFC）阳极材料及反应机理*

以碱金属硼氢化物为燃料的直接硼氢化物燃料电池（DBFC）,是一种有发展潜力的移动电源。DBFC阳极过程是一个复杂的H^--H0*-H⁺之间价态转化的电极反应体系,涉及BH₄^-的电氧化反应、BH₄^-的水解释氢反应与氢的电氧化反应,该过程不仅与电极材料有关,也与反应条件有关。研发能有效抑制释氢的廉价阳极催化材料,是DBFC实用化的关键。因此,本文对近年来报道的DBFC阳极催化材料、以及BH₄^-在不同阳极材料上的电化学氧化反应机理进行了综述,并归纳出需要深入研究的主要问题。     

一种新型的甲酸/铁离子燃料电池

以甲酸为燃料、 Fe³⁺为氧化剂组成了一种新型的甲酸/铁离子燃料电池, 阳极催化剂为多壁碳纳米管(MWCNT)或β-环糊精修饰的MWCNT(β-CD-MWCNT)负载的金属钯或钯锡纳米颗粒: PdSn/MWCNT, Pd/β-CD-MWCNT和PdSn/β-CD-MWCNT. 运用循环伏安(CV)和计时电流(CA)等技术研究了各催化剂在碱性条件下对甲酸氧化反应的电催化活性. 结果表明, 加入适量的金属锡能促进钯对甲酸的电催化氧化, 甲酸氧化电位提前, 电流密度增加; 环糊精的改性对催化剂电催化活性有一定提升. 将上述催化剂制成电池阳极片, 碳粉制成电极阴极片, 组成甲酸/铁离子燃料电池并测试其放电性能. 结果表明, 电池的开路电压在0.981.20 V之间; 以PdSn/β-CD-MWCNT为阳极时, 其最大放电电流密度达50 mA/cm², 最大功率密度达12.6 mW/cm², 远优于以Pd/C为阳极的电池性能.     

葡萄糖乙酸钠不同基质微生物燃料电池电化学性能对比研究

本文通过接种生活污水处理厂的好氧污泥和厌氧污泥,撘建两个双室微生物燃料电池(MFC,Microbial fuel cell),分别以葡萄糖、乙酸钠作为基质,在0.0335 mol•L^-1基质浓度下研究不同基质微生物燃料电池的产电性能. 研究表明：葡萄糖体系的阳极半电池阻抗为222 Ω,乙酸钠体系为213.67 Ω,说明两种不同有机基质对电池内阻无明显影响. 葡萄糖、乙酸钠体系的交换电流密度i⁰分别为3.463 mA•m^-2、 5.987mA•m^-2;COD去除率分别为50.6%、55.8%;库仑效率分别为42.1%、46.2%. 葡萄糖为基质时最大输出功率密度为394.2 mW•m^-2,相应的最大电流密度为1800mA•m^-2;乙酸钠为基质时最大输出功率密度为311.9mW•m^-2,相应的最大电流密度为1527.5mA•m^-2. 葡萄糖代谢过程复杂并不单一,且代谢不彻底,乙酸钠分子简单更容易代谢,因此乙酸钠的库伦效率及COD去除率均高于葡萄糖,由以上数据可以得出葡萄糖为基质的燃料电池产电性能较好.     

HBF4溶液中全铅液流电池

报道了一种HBF₄水溶液中的全铅液流电池,正、负电极电解液均采用Pb（BF₄）₂的HBF₄水溶液.在酸性的四氟硼酸铅电解液中考察了石墨电极和玻碳电极作为工作电极的循环伏安性能,石墨电极较适于用作全铅液流电池的正、负电极.采用石墨电极作为电池的正、负电极并在四氟硼酸铅酸性电解液中进行充放电实验,其中Pb（BF₄）₂浓度分别为0.5、1.0和1.5 mol·L^-1,且保持游离的HBF₄浓度为1.0 mol·L^-1.该电池为单液流电池,不需要隔膜分隔正、负极的电解液,电流密度为10、20和40 mA.cm^-2,当限定充电容量为7.0 mAh.cm^-2,放电电压截止到1.0 V时,平均库仑效率大于87%,平均能量效率大于68%;当电解液采用1.0或1.5 mol·L^-1 Pb（BF₄）₂+1.0 mol·L^-1HBF₄水溶液时,在10及20 mA.cm^-2电流下的能量效率最高可超过74%.     

氧化还原导电水凝胶制备及其在微生物燃料电池的应用

微生物细胞与微生物燃料电池阳极之间的电子传递效率是影响产电性能的关键因素.借助阳极修饰可以促进电子转移速率,提高电池的性能.本文合成了一种以聚4-乙烯基吡啶为骨架,中性红单体为氧化还原活性中心、具有良好导电性和生物兼容性的氧化还原水凝胶材料.其中通过共价键合固定氧化还原中介体,避免了对外界环境的二次污染.以该材料修饰碳纸作为阳极组装电池,实验表明经过修饰的生物阳极驯化周期缩短,阳极电势更接近NADH/NAD的平衡电位.该电池的功率密度较未修饰的电极的电池有明显的提高.     

钛合金双极板表面纳米晶Zr涂层在质子交换膜燃料电池环境中的性能

为改善金属双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中的耐腐蚀性能及降低其界面接触电阻, 采用双阴极等离子溅射沉积技术, 在Ti-6A1-4V合金表面制备了纳米晶Zr 涂层. 利用扫描电子显微镜(SEM), X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等微观分析手段对该涂层的组织结构进行了表征. 结果表明: 所制备的涂层具有沉积层和扩散层的双层结构, 其微观组织连续、致密. 在分别通入氢气/空气、70 ℃ 的0.5 mol·L^-1H₂SO₄+2 mg·L^-1 HF的溶液中, 对比研究了纳米晶Zr 涂层与Ti-6A1-4V合金在模拟电池的阳极/阴极工作环境中的电化学腐蚀性能. 动电位极化测试结果表明: 在模拟电池的阳极/阴极工作环境中, 纳米晶Zr 涂层的腐蚀电位均明显高于Ti-6A1-4V合金; 在阴极工作电极电位为+0.6 V下, 纳米晶Zr 涂层与Ti-6A1-4V合金均位于钝化区内, Zr 涂层的钝化电流密度较Ti-6A1-4V合金降低约4 个数量级; 而在阳极工作电极电位为-0.1 V下, 纳米晶Zr 涂层呈现出阴极保护特征. 电化学阻抗谱测试结果表明, 在0.5 mol·L^-1 H₂SO₄+2 mg·L^-1 HF的溶液中, 纳米晶Zr 涂层的容抗弧半径和相位角的最大值及其频率宽度均明显大于Ti-6A1-4V合金. 此外, 纳米晶Zr 涂层同时改善了Ti-6A1-4V合金的导电性与憎水性能.     

固体石蜡利多卡因碳糊电极电位法测定利多卡因

制备了一种以利多卡因与HgI₄^2-形成的缔合物为电活性物质的固体石蜡利多卡因碳糊电极,并对其性能做了测定。结果显示:电极对利多卡因有较好的能斯特响应。利多卡因的线性范围为5.0×10^-5～1.6×10^-2mol·L^-1,极差电位为29 mV/pc,测定下限为1.3×10^-5mol·L^-1。电极用于盐酸利多卡因注射液中利多卡因含量的测定,结果与药典法测定值相符。     

电极面积对老龄垃圾渗滤液为底物的微生物燃料电池性能影响

构建生物阴极型双室微生物燃料电池,处理老龄垃圾渗滤液。研究了阳极与阴极面积比值对微生物燃料电池产电能力和对老龄垃圾渗滤液处理效果的影响。结果表明,阳极与阴极面积比为1:2、2:2、2:1的3组生物阴极型微生物燃料电池输出电压分别为408、452、396mV,最大电功率密度分别为145.73、237.65、136.50mW/m³,内阻分别为350、200、400Ω,COD的去除率分别为21.18%、20.20%、22.31%。3组微生物燃料电池运行30d后,垃圾渗滤液中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮浓度均下降,其中,氨氮去除率分别为80.88%、73.61%和66.17%,其去除效果与产电性能相关。     

水热法制备锂电池Si@C负极材料的工艺优化研究

水热法是广泛应用于锂离子电池Si@C电极材料的一种制备方法,其反应条件是影响产物最终形貌和性能的重要因素, 采取最佳的反应工艺可以大大提升材料的电化学性能。本研究中, 使用葡萄糖作为碳源, 光伏切割废料硅为硅源, 探究了水热法制备核壳结构Si@C电极材料的最优工艺, 分别研究了温度、 原料浓度、 反应时间和原料比例对产物的形貌、 性能的影响以及相互之间的关系, 并得到最佳反应条件。在该条件下(葡萄糖浓度为0.5 mol·L^-1, 硅与葡萄糖重量比为0.3:1, 反应温度190 ^oC, 反应时间9 h), 得到了包覆完整、 粒径适中的Si@C电极材料(CS190-3), 对以该样品为负极的扣式半电池进行电化学测试, 在655 mA·g^-1的电流密度下, 其首圈放电比容量为3369.5 mAh·g^-1, 经过500次循环剩余容量为1405.0 mAh·g^-1。倍率测试中, 在6550 mA·g^-1的电流密度下,其剩余容量为937.1 mAh·g^-1,当电流密度恢复至655 mA·g^-1时,电池放电比容量仍可恢复至1683.0 mAh·g^-1。     

1-丁基-3-甲基咪唑碘对染料敏化太阳电池的影响

采用季铵化反应合成了1-丁基-3-甲基咪唑碘([Bmim]I).以此制备了DSCs用液体电解质.通过对比不同浓度的1-丁基-3-甲基咪唑碘、碘化钾、碘,研究其对电池性能的影响.经过优化后,当c_IL=0.9 mol·L^-1、c_KI=0.5 mol·L^-1、c_I2=0.12 mol·L^-1时,所组装的离子液体DSCs在AM1.5,100 mW·cm^-2下,DSCs的短路电流密度为15.97 mA·cm^-2、开路电压为0.71 V、填充因子为0.55、光电转换效率可达6.34%.     

基于电化学方法测定饮用水源水中的痕量铜离子

本文建立了一种饮用水源水中痕量溶解态铜离子（Cu²⁺）的定性和定量电化学检测方法. 该方法首先通过电化学循环伏安法于玻碳电极表面制备粒径约为70 nm的金纳米粒子（Au NPs）,然后采用方波阳极溶出伏安法进行待测水样中Cu²⁺的定性定量分析. 研究结果表明,对于标准溶液,方法的检出限为1.3μg·L^-1,线性范围在2 ~ 50μg·L^-1之间,常见重金属离子对其定性定量分析几无影响. 在此基础上,将该方法应用于福建省重要的饮用水源水--闽江中游水样中Cu²⁺的含量分析,所得测试结果与国家标准方法（石墨炉原子吸收光谱法）无显著性差异,标准偏差在20%以内. 本方法具有电极制备简单、测定成本低以及分析快速等优点,进一步优化电极制备方法以提高方法的重现性和定量准确度,将可望用于现场测定各种饮用水源水中的痕量溶解态Cu²⁺.     

SOFC中干甲烷浓度对Ni-YSZ阳极上反应的影响

为探讨固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)中干甲烷浓度对反应的影响,采用色谱在线测量阳极尾气,总结阳极尾气的变化规律。在此基础上,分析干甲烷在固体氧化物燃料电池Ni-YSZ阳极上的反应,寻找干甲烷浓度与电流对电池阳极反应影响的数学关系。结果表明,随着电流密度的增加,低浓度甲烷按顺序发生CH₄+O^2- → CO+2H₂+2e^-、CH₄+2O^2- → CO+H₂O+H₂ +4e^-、CH₄+3O^2- → CO+2H₂O + 6e^-、CH₄+4O^2- → CO₂+2H₂O+8e^-反应,高浓度甲烷只发生甲烷的第一个氧化反应,中浓度甲烷发生前两个或前三个反应。依据法拉第第一定律及反应物之间的关系,确定甲烷的低、中、高浓度的判定依据分别为:q_v(CH₄)≤I/(4F)、I/(4F)≤q_v(CH₄)≤I/(2F)、q_v(CH₄)≥I/(2F)。