低電位改性陽極制備及海泥電池在金屬防腐中的探索研究.pdf

1、隨著經濟的發(fā)展和文明的進步，能源短缺成為了當今社會一個不可忽略的問題，同時，傳統(tǒng)化石能源利用不充分而引發(fā)的環(huán)境污染及溫室效應使得人們迫切需要開發(fā)新型的能源技術來解決這些問題。
　　 海底沉積物微生物燃料電池(Benthic Sediment Microbial Fuel Cell，BMFC)，簡稱海泥電池，一種新型的產能裝置，它通過海底沉積物中微生物的催化作用將海泥中有機物所蘊含的化學能轉化為電能。BMFC具有簡單的結構，陽極埋

2、在厭氧的海泥中，陰極置于上層海水中，陰陽極之間通過外部電路連接。BMFC產電技術以其良好的綜合性能而得到了越來越多研究學者的青睞，但由于其自身功率密度輸出較低等因素使得對其的研究停留在實驗室水平，實際環(huán)境中應用也只能驅動一些小型的海洋檢測儀器運行。
　　 如何提高海底沉積物微生物燃料電池的輸出功率成為了人們研究的焦點，通常的采用的方法有電池結構優(yōu)化、采用新型電極材料等。陽極材料的表面結構和生物相容性等性質直接決定著有機物的氧化、

3、表面細菌的附著、電子的傳遞等過程。所以，為提高BMFC的輸出功率密度，在本文中采用了一種新型的鐵改性石墨陽極構建BMFC，結果發(fā)現(xiàn)改性電極顯著提高了電池的輸出電壓和輸出功率。
　　 本文采用了電解沉積的方法，制備了一種新型的低電位鐵改性陽極材料，并研究了不同制備條件的電極在BMFC中的電化學性能，探索了最佳的試驗參數(shù)。采用了XRD衍射、SEM、接觸角等測試方法對鐵改性石墨陽極材料進行了表征。電化學性能測試結果說明：電解時間15m

4、in，電解電流密度為178.9A/m2制備的改性陽極具有較低的電位-775mV，并持續(xù)穩(wěn)定70天。該陽極具有良好的抗極化能力，其構建的BMFC輸出功率密度顯著提高，最大功率密度為997.3mW/m2，是普通石墨BMFC的13.5倍。這種新型的改性石墨陽極材料及改性方法有望在BMFC中得到廣泛的應用。
　　 外加電流陰極保護是一種海洋中常用的金屬防腐措施，而實際的深遠海環(huán)境中，該方法存在電源供給困難、電源持續(xù)時間短、維護成本高等問

5、題。本文中將新型的電能供給裝置BMFC運用于金屬在海水中的腐蝕防護中，以解決陰極保護中存在的問題。本文中將304不銹鋼試樣作為BMFC的陰極，通過構建一個BMFC裝置來實現(xiàn)在海洋環(huán)境中對金屬的保護。自然腐蝕狀態(tài)下不銹鋼電位為-260mV，通電保護試樣為-340mV。熒光顯微鏡(FM)和掃描電鏡(SEM)觀察結果表明兩組試樣表面微生物附著情況差別不大，陰極保護試樣表面腐蝕程度較低。電化學阻抗曲線與極化曲線驗證BMFC對不銹鋼的保護效果，結