海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

材料开发与应用, 2015, 30(3): 61-67.

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

王健 ^1, , 宰学荣 ^2, , 刘建敏 ^3, , 柴方刚 ^4, , 庄晓培 ^5, , 付玉彬 ^6,

1.中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛,266100

2.中国海洋大学化学与化工学院,山东青岛,266100

3.国网山东省电力公司青岛供电公司,山东青岛,266002

4.中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛,266100

5.中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛,266100

6.中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛,266100

基金项目: 国家海洋局可再生能源专项基金(GHME2011GD04) 山东省重点自然科学基金(ZR2011BZ008)

关键词：海底微生物燃料电池 , 聚吡咯/多壁碳纳米管复合材料 , 改性阳极 , 电化学性能 , 功率密度

Electrochemical Properties of Modified Anodes by PPy/MWCNTs Composites in Marine Benthic Microbial Fuel Cells

Keywords： marine benthic microbial fuel cells , PPy/MWCNTs composites , modified anodes , electrochemical performance , power density

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能.研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 mA/cm2,是未改性的3.6倍.改性电池的最大功率密度为408.8 mW/m2,是未改性电池的5倍多.改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能.提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理.

参考文献

[1]	Holmes DE;Bond DR;O'Neill RA;Reimers CE;Tender LR;Lovley DR .Microbial communities associated with electrodes harvesting electricity from a variety of aquatic sediments[J].Microbial Ecology: An International Journal,2004(2):178-190.
[2]	张少云,付玉彬,宰学荣.海泥电池Fe3O4/PANI复合阳极制备及电化学性能[J].应用化工,2011(05):832-835.
[3]	Yongjin Zou;Cuili Xiang;Lini Yang;Li-Xian Sun;Fen Xu;Zhong Cao .A mediatorless microbial fuel cell using polypyrrole coated carbon nanotubes composite as anode material[J].International journal of hydrogen energy,2008(18):4856-4862.
[4]	于建,付玉彬,刘媛媛.铝阳极海底沉积物电池的产电性能与应用[J].电源技术,2014(11):2016-2018,2046.
[5]	张逸驰,蒋昭泓,刘颖.电化学活性微生物在微生物燃料电池阳极中的应用[J].分析化学,2015(1):155-163.
[6]	Dan Zhang;Qi-Qi Dong;Xiang Wang .Preparation of a Three-Dimensional Ordered Macroporous Carbon Nanotube/Polypyrrole Composite for Supercapacitors and Diffusion Modeling[J].The journal of physical chemistry, C. Nanomaterials and interfaces,2013(40):20446-20455.
[7]	Xinyu Zhang;Sanjeev K.Manohar .Narrow Pore-Diameter Polypyrrole Nanotubes[J].Journal of the American Chemical Society,2005(41):14156-14157.
[8]	Kirk J.Ziegler;Zhenning Gu;Haiqing Peng;Erica L Flor;Robert H.Hauge;Richard E.Smalley .Controlled Oxidative Cutting of Single-Walled Carbon Nanotubes[J].Journal of the American Chemical Society,2005(5):1541-1547.
[9]	Lu, M.;Kharkwal, S.;Ng, H.Y.;Li, S.F.Y. .Carbon nanotube supported MnO_2 catalysts for oxygen reduction reaction and their applications in microbial fuel cells[J].Biosensors & Bioelectronics: The International Journal for the Professional Involved with Research, Technology and Applications of Biosensers and Related Devices,2011(12):4728-4732.
[10]	张业龙,付玉彬,董青,刘媛媛,卢志凯.不同碳材料阳极对海底微生物燃料电池性能影响[J].现代化工,2012(11):55-58.
[11]	Pejman Hojati-Talemi;George P. Simon .Electropolymerization of Polypyrrole/Carbon Nanotube Nanocomposite Films over an Electrically Nonconductive Membrane[J].The journal of physical chemistry, C. Nanomaterials and interfaces,2010(33):13962-13966.
[12]	吴雅菲,王越,赵雅静,王汝国,徐世昌.聚吡咯/碳纳米管复合阴极材料的制备及电容性脱盐研究[J].水处理技术,2013(09):24-27.
[13]	Hughes M.;Chen GZ.;Shaffer MSP.;Fray DJ.;Windle AH. .Electrochemical capacitance of a nanoporous composite of carbon nanotubes and polypyrrole[J].Chemistry of Materials,2002(4):1610-1613.
[14]	刘建华,张施露,于美,安军伟,李松梅.石墨烯接枝聚吡咯复合物的原位合成及其电容特性研究[J].无机材料学报,2013(04):403-408.
[15]	An, J.;Kim, B.;Nam, J.;Ng, H.Y.;Chang, I.S..Comparison in performance of sediment microbial fuel cells according to depth of embedded anode[J].Bioresource Technology: Biomass, Bioenergy, Biowastes, Conversion Technologies, Biotransformations, Production Technologies,2013:138-142.
[16]	傅清宾,高博,苏凌浩,原长洲,卢向军,张校刚.氢键诱导的聚吡咯/苯磺酸功能化多壁碳纳米管的制备及其电化学行为[J].物理化学学报,2009(11):2199-2204.
[17]	张威 .聚吡咯/碳纳米管复合材料的制备与性能的研究[D].河北工业大学,2010.
[18]	漆海波,周啸,姜翠玲,楚红军.碳纳米管-聚吡咯复合材料在超电容器中的应用[J].电子元件与材料,2002(12):29-32.
[19]	王萍,夏文杰,罗治斌,董汉平,俞理,黄立信,毕永强.微生物菌体的润湿性和吸附研究[J].油田化学,2012(04):470-473.

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