以陰、陽離子交換膜為分離膜的MFC性能研究.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial fuel cells，MFCs)利用微生物降解水中的有機物，同時將化學能轉化成電能，因此在水污染控制及資源化領域受到了廣泛關注。離子交換膜作為雙室微生物燃料電池重要的陰陽極分隔材料，在電池運行過程中起著重要的作用。然而針對以離子交換膜為分隔材料的MFC不同條件下（如不同離子型膜、不同陰極條件、不同的結構參數(shù)等）的性能差異及影響因素卻沒有系統(tǒng)的研究。
　　研究了不同離子型的離子交換膜對MFC的影響

2、。以石墨氈為陰陽電極，鐵氰化鉀緩沖溶液為陰極電子受體，分別比較了以氫型陽離子交換膜(CEM-H)、鈉型陽離子交換膜(CEM-Na)、氫氧根離子型陰離子交換膜(AEM-OH)及氯型陰離子交換膜(AEM-Cl)四種離子交換膜為分離膜的MFC電化學特性。結果表明:CEM-H電導率遠高于CEM-Na，AEM-OH電導率高于AEM-Cl。在電池運行初期CEM-H、AEM-OH分別展現(xiàn)了比相應的CEM-Na、AEM-Cl更好的電化學性能包括更高的功

3、率輸出、更低的內(nèi)阻。其中CEM-H對應的MFC最先于77小時達到最大電壓，且最大功率密度Pmax可達899mW/m2。以AMI-7001為分隔膜的MFC在鐵氰化鉀緩沖液陰極條件下會發(fā)生膜污染，增大了膜傳質阻抗，降低了MFC的產(chǎn)電性能。
　　研究了MFC陰極運行條件與MFC性能的關系。分別讓MFC依次在鐵氰化鉀陰極、曝氣式緩沖液陰極、曝氣式自來水陰極穩(wěn)定運行，并分析其各自電化學特性。結果顯示:鐵氰化鉀陰極MFC電壓極化主要受陽極極化

4、控制，空氣陰極的電壓極化主要由陰極極化控制。對于緩沖液空氣陰極，曝氣速率由0.9mL/s提升至1.8mL/s，使得受污染的AEM膜傳質阻抗由29.06Ω降低至8.77Ω。同時降低了MFC陰極過電位，減小了活化損失。以自來水空氣陰極代替緩沖液空氣陰極增大了MFC的歐姆阻抗和有限擴散阻抗。降低了MFC的電壓輸出和功率輸出。
　　分析了膜面積、陽極距離膜間距等因素對MFC性能的影響。結果表明:MFC功率密度隨著分離膜面積的增大而增大，內(nèi)