自然光照条件下可再生微生物燃料电池阴极体系.pdfVIP

中国科学: 技术科学 2010 年 第40 卷 第10 期: 1208 ~ 1213 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 自然光照条件下可再生的微生物燃料电池阴极 体系 * 付乾, 李俊, 朱恂, 廖强, 叶丁丁, 张亮 重庆大学工程热物理研究所, 重庆 400030 * E-mail: zhuxun@ 收稿日期: 2010-03-05; 接受日期: 2010-07-05 国家自然科学基金项目(批准号: 、国家杰出青年基金项目(批准号: 、重庆市自然科学基金项目(批准号: CSTC2008BB6176)和“211”工程三期建设项目(批准号: S-09101)资助 − − 关键词 摘要 本文中采用多碘离子(I )为阴极电子受体, 利用碘离子(I )可以在太阳光照条件下 3 跟氧气生成多碘离子的特性, 提出并构建了可利用太阳光进行循环再生的微生物燃料电池 微生物燃料电池 阴极体系; 并在太阳光照条件下对多碘离子的再生特性及其再生特性对电池性能的影响进 阴极电子受体 多碘离子 行了实验研究. 结果表明, 多碘离子做阴极电子受体时的微生物燃料电池的性能要明显高 于铁氰酸钾(K [Fe(CN) ])为电子受体时的性能; 并且在太阳光照条件下, 多碘离子可以利 3 6 用太阳能快速循环再生, 是一种较合适的微生物燃料电池阴极受体. 同时实验发现多碘离 子浓度对微生物燃料电池性能有很大影响, 在本实验条件下, 多碘离子浓度越高, 微生物燃 料电池性能越好; 并且通过线性扫描实验可知, 在自然光照条件下, 多碘离子向阴极表面的 扩散是影响微生物燃料电池性能的主要因素. 微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell, 简称MFC) 整个产电过程. 因为 MFC 能以废水中的有机物为阳 是一种新型的燃料电池, 它可以利用微生物的催化 极侧燃料, 在处理废水的同时产生电能, 从而既保护 作用将有机物中蕴含的化学能直接转变为电能, 因 了环境又回收了能源, 因此具有广泛的应用前景. 同 而是一种新型的可再生能源[1~3]. 时 MFC 还可以进行改进用于生物制氢及生物传感器 MFC 的构造和传统的质子交换膜燃料电池构造 等, 从而受到了科学家们的广泛关注[4]. 基本相同, 主要由阴极和阳极两部分组成, 并且阴阳 近几年来, 虽然 MFC 功率密度得到了很大提高, 两极室中间通过质子交换膜分隔开来. 在 MFC 阳极 但仍要比化学燃料电池低 1~2 个数量级, 其中阴极侧 侧, 有机物在电极表面微生物的作用下分解并释放 电子受体的活化损失是影响MFC 性能的一个重要因 出质子和电子; 释放到阳极电解质中的质子通过质 素. 目前, 最常用的阴极电子受体是氧气, 虽然氧气 子交换膜到达阴极侧, 而电子则通过外电路到达阴 具有氧化还原电位高, 来源广泛等优点, 但由于其在 极侧. 最终, 在阴极电极表面, 电子、质子与阴极电 碳电极表面上的氧化还原活性比较低,