酶生物燃料電池的制備及其性能研究.pdf

1、酶生物燃料電池利用生物催化劑酶直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,是一種清潔、高效、安靜運(yùn)行的電化學(xué)發(fā)動機(jī),具有燃料來源廣泛、反應(yīng)條件溫和、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn),是一種可再生的綠色能源。酶生物燃料電池的研究主要集中在尋找固定酶的新方法上及對電池放電性能的測試上。本文詳述了酶電極的制備方法,研究了單極室和“三合一”酶生物燃料電池的制備及其性能測試方面的內(nèi)容。
　　聚合物修飾電極由于具有三維空間結(jié)構(gòu),薄膜內(nèi)有大量的電活性中心,十分有利于電催化。同時(shí)

2、制備方法簡單,電極使用壽命長,從而得以廣泛使用。本文制備聚合物膜修飾電極,將此化學(xué)修飾電極應(yīng)用于酶生物燃料電池中的陽極,充當(dāng)固定化酶電極的電子介體作用。
　　本文主要研究工作如下:
　　1.用循環(huán)伏安法制備了聚亞甲基綠修飾電極(PMG/CME),探討了該修飾電極的電化學(xué)聚合過程、表征、循環(huán)伏安性質(zhì)及修飾電極對NADH的電催化特作用,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PMG/CME對N ADH有明顯的電催化作用,結(jié)果滿意。
　　2.制備了單極室酶

3、生物燃料電池。陽極采用電化學(xué)沉積法固定化ADH-NAD+,陰極仍采用傳統(tǒng)方法,Pt/C催化劑的碳紙,陰極和質(zhì)子交換膜熱壓在一起,組裝單極室酶生物燃料電池。利用乙醇和純氧分別作為陽極和陰極的燃料,ADH-N AD+酶作為催化劑,用于催化燃料乙醇的氧化脫氫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該電化學(xué)沉積法單極室酶燃料電池的開路最高電壓達(dá)到735 mV。在外阻負(fù)載為3 kW時(shí),電池的穩(wěn)定輸出電壓為395 mV,電池的穩(wěn)定輸出功率密度達(dá)到62.4μW/㎝2。酶在間

4、歇使用過程中的工作壽命為兩個(gè)月之多。
　　3.新設(shè)計(jì)了一個(gè)具有三層結(jié)構(gòu)的酶電極:第一層為聚亞甲基綠(PMG)膜和NAD+的混合溶液;第二層為PMG膜;第三層是含有離子吸附型的固定化酶(固定化ADH),它們一起組裝成“三合一”膜電極。用乙醇和氧氣分別做為陽極和陰極的燃料,對“三合一”酶生物燃料電池一系列電化學(xué)性能進(jìn)行檢測,在外加負(fù)載為300W,電池的最大電流密度為170±4.3μA/cm2,穩(wěn)定輸出電壓為425 mV左右,電池的穩(wěn)定