聚苯胺陽極材料的制備及其在海底沉積物微生物燃料電池中的應用.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一種利用產電微生物的催化作用將無機物或有機物中的化學能轉化成電能的裝置,具有清潔無污染、產電同時降解有機廢物等特點。海底沉積物微生物燃料電池(Benthic Sediment MicrobialFuel Cell,BMFC)是一種特殊的MFC。BMFC的陽極埋在厭氧的海底沉積物中,通過外電路與上部海水中的陰極相連。BMFC有望為偏遠海洋區(qū)域的小型儀器持續(xù)供電。
　　

2、 然而,較小的輸出功率密度限制了BMFC的實際應用。產電微生物與陽極之間的電子轉移速率是決定電池性能的重要因素。陽極材料的性質和結構對產電微生物的附著、電子的傳遞以及底物的氧化密切相關。由于聚苯胺具有較高的電導率、環(huán)境穩(wěn)定性和氧化還原活性,使它在二次電池及電催化方面都有廣泛的應用。
　　 本工作中,我們制備了四種聚苯胺陽極材料,并將它們分別制備成復合陽極應用在BMFC中。四種聚苯胺陽極材料均能顯著提高電池的性能,因此有望應用在

3、BMFC中以得到較高的輸出功率密度。主要研究內容及實驗結果如下:
　　 (1)制備了一種新型的樟腦磺酸摻雜聚苯胺(PANI-(D-CSA))復合陽極。研究了其最佳配比,并應用在BMFC中測定其電化學性能。采用XRD衍射、熱失重對聚苯胺陽極材料進行了表征。結構分析表明,PANI-(D-CSA)為部分結晶,熱穩(wěn)定性較好。性能測試表明:PANI-(D-CSA)質量分數(shù)為50％的復合陽極具有最小的內阻,陽極極化曲線斜率最低,同時電池的輸

4、出功率密度顯著提高,最大輸出功率密度達到233.9 mW/m2,是純石墨陽極的3.7倍。
　　 (2)制備了磺化聚苯胺、磺化聚苯胺錳酸鹽復合物、磺化聚苯胺釩酸鹽復合物三種陽極材料并將其分別應用在BMFC中。利用XRD、熱失重分析來表征陽極材料的化學組成和形態(tài)。由于聚四氟乙烯(PTFE)的加入導致復合陽極的親水性下降,我們通過線性掃描伏安曲線及塔菲爾曲線來研究該復合陽極的電化學性能。與石墨陽極(34.1 mW/m2)相比,磺化聚苯