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阳极电势对MFC中产电的影响

环境工程学报 2014年第11期8卷 4774-4781页

作者：高彬袁林江李宗伟西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安建筑科技大学西安710055

在微生物燃料电池(MFC)中,与微生物接触的阳极自身电场环境就可能会对产电菌的生长和代谢产生重要影响,进而影响到MFC产电效能。为探索阳极电势的作用,本研究在微生物燃料电池的阳极室中通过设置附加电路来人为改变阳极电势,考察了阳极... 详细信息

在微生物燃料电池(MFC)中,与微生物接触的阳极自身电场环境就可能会对产电菌的生长和代谢产生重要影响,进而影响到MFC产电效能。为探索阳极电势的作用,本研究在微生物燃料电池的阳极室中通过设置附加电路来人为改变阳极电势,考察了阳极电势对MFC产电的影响。结果表明,当阳极电势在-380 mV降低到0 mV过程中,MFC输出功率提高。当阳极电势小于200 mV时,COD去除效率在60%~73%之间变化不大。较低或较高的阳极电势均可增加电池的库伦效率。阳极电势处于-380 mV到0 mV下,厌氧微生物主要以丙酸型发酵为主,产生大量乙酸;COD的分解和利用是分阶段进行的。不同阳极电势下MFC内阻变化主要受浓差内阻影响。阳极电势为-200 mV时欧姆内阻最低,但电化学活性较高。

关键词：微生物燃料电池阳极电势生物产电

不同阳极电势驯化对于丁酸梭菌葡萄糖代谢影响研究

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四川大学学报（自然科学版） 2017年第2期54卷 399-404页

作者：代凤刘建孙霞高平李大平四川大学生命科学学院成都610064 中国科学院成都生物所环境与应用重点实验室成都610041

构建丁酸棱菌Clostridium butyricum生物化学反应器,以研究不同驯化电势对其活性的影响.电池性能测试表明该菌具有良好的电活性.在该菌的生物电解池中,控制阳极电势(+0.6V、+0.2V和-0.2V,vs Ag/AgCl),电驯化菌株,结果显示该菌的电活性... 详细信息

构建丁酸棱菌Clostridium butyricum生物化学反应器,以研究不同驯化电势对其活性的影响.电池性能测试表明该菌具有良好的电活性.在该菌的生物电解池中,控制阳极电势(+0.6V、+0.2V和-0.2V,vs Ag/AgCl),电驯化菌株,结果显示该菌的电活性及葡萄糖代谢呈现出明显差异.0.6V和0.2V组的最大输出电流分别为1.8mA和1.2mA,而-0.2V组为0.02mA.高电势组内,乳酸、丁二酸和乙醇的含量逐渐减少,同时生成少量乙酸和丁酸.但-0.2V组则生成了大量丁酸(345mg/L)和生物质,伴随少量CO2生成(4%).实验结果表明高阳极电势促进生物膜的电极呼吸代谢,抑制其发酵代谢,从而表现出高生物电活性.

关键词：生物电化学系统丁酸梭菌阳极电势葡萄糖代谢

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阳极初始电势对微生物燃料电池产电的影响

环境科学 2008年第1期29卷 263-267页

作者：范明志梁鹏曹效鑫黄霞清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点实验室北京100084

在微生物燃料电池中,阳极电势会对产电菌的富集和生长产生影响.为进一步明确阳极电势的作用,确定适合微生物生长的最佳阳极电势,在微生物燃料电池的阳极室中设置附加电路以改变阳极的初始电势,考察阳极初始电势对产电微生物的影响.将阳... 详细信息

在微生物燃料电池中,阳极电势会对产电菌的富集和生长产生影响.为进一步明确阳极电势的作用,确定适合微生物生长的最佳阳极电势,在微生物燃料电池的阳极室中设置附加电路以改变阳极的初始电势,考察阳极初始电势对产电微生物的影响.将阳极初始电势设为350 mV时,产电微生物的生长明显变慢.而阳极初始电势为-200 mV和200 mV时,微生物的生长速度基本相同.稳定运行后,阳极初始电势分别为3502、00和-200 mV的微生物燃料电池,阳极内阻分别为71、43和80Ω.通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析微生物燃料电池稳定产电前后阳极微生物群落结构,虽然3个微生物燃料电池的阳极初始电势不同,但稳定后微生物群落结构相似,Clostridium sticklandii、Pseudomonas mendocina、Paenibacillus taejonensis在阳极的富集量最多,MFC对这3种细菌的强化富集作用最明显.

关键词：微生物燃料电池阳极电势产电微生物群落结构

基于电极等效电路模型的锂离子电池无析锂快充策略优化研究

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电工技术学报 2024年第18期39卷 5868-5882页

作者：赵英杰张闯刘素贞陈占群徐志成省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300401 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300401 保定市尤耐特电气有限公司保定071051

析锂是制约石墨阳极型锂离子电池快充安全与效率的关键问题。为了保障车载电池充电安全、缓解新能源汽车里程焦虑,有必要针对锂离子电池开展无析锂快充研究。鉴于此,该文基于锂离子电池电极等效电路模型,提出一种由阳极电势观测器和充... 详细信息

析锂是制约石墨阳极型锂离子电池快充安全与效率的关键问题。为了保障车载电池充电安全、缓解新能源汽车里程焦虑,有必要针对锂离子电池开展无析锂快充研究。鉴于此,该文基于锂离子电池电极等效电路模型,提出一种由阳极电势观测器和充电电流控制器组成的双闭环无析锂快充策略调控方案,实现了锂离子电池的无析锂安全快充。实验结果表明,不同工况下的阳极电势平均观测误差均低于5 mV,最大误差不超过10 mV;在电流调节过程中,阳极电势到达并稳定在设定阈值+1 mV范围内的调节时间为26 s,稳态误差小于0.05 mV,并且无超调和振荡。此外,与1C恒流恒压策略相比,该策略能节省46%的充电时间,充电过程中阳极电势最低为4.8 mV,且将锂离子电池拆解后也未发现析锂,证明该策略能明显缩短充电时间并有效抑制析锂。

关键词：锂离子电池电极等效电路模型阳极电势快充策略

基于电极氨氧化的全程自养脱氮工艺的运行性能

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应用与环境生物学报 2023年第4期29卷 883-890页

作者：王振王宁高磊平腊梅赵子健潘玲阳储刚安徽农业大学资源与环境学院合肥230036 安徽新华学院城市建设学院合肥230088 山东省环境保护科学研究设计院有限公司济南250013

电极氨氧化作用为NO_(2)^(-)-N稳定获取提供了新思路,如将其与厌氧氨氧化(ANAMMOX)耦合,可弥补基于亚硝化的全程自养脱氮工艺在处理城镇生活污水时不够稳定的缺陷.将ANAMMOX污泥接种至电极氨氧化型序批式生物膜反应器(SBBR)中,考察不同... 详细信息

电极氨氧化作用为NO_(2)^(-)-N稳定获取提供了新思路,如将其与厌氧氨氧化(ANAMMOX)耦合,可弥补基于亚硝化的全程自养脱氮工艺在处理城镇生活污水时不够稳定的缺陷.将ANAMMOX污泥接种至电极氨氧化型序批式生物膜反应器(SBBR)中,考察不同外加阳极电势下系统的氮素转化性能,并探究外加阳极电势对SBBR中基于电极氨氧化的全程自养脱氮作用的影响.结果表明,将外加阳极电势由0.00增至0.60 V,SBBR中电极氨氧化作用的强度、厌氧氨氧化菌(AnAOB)的活性及相对丰度均得以提高,基于电极氨氧化的全程自养脱氮作用成为系统脱氮主要途径;而当外加阳极电势增至0.80 V后,工作电极表面的析氧反应导致SBBR中亚硝酸盐氧化菌过量增殖,电极氨氧化作用也因电势升高受到抑制,导致系统的脱氮效果变差.当外加阳极电势为0.60 V时,SBBR中基于电极氨氧化的全程自养脱氮作用得到较大程度的优化,系统TN去除率达88.36%(±1.50%),电活性生物膜中的优势菌属包括Nitrosomonas(17.67%)、Candidatus Brocadia(16.28%)、Geobacter(7.59%)和Empodebacter(8.84%).本研究表明适宜阳极电势的施加与ANAMMOX污泥的接种有助于生物电化学系统中基于电极氨氧化的全程自养脱氮反应体系的构建,且外加阳极电势会影响系统的脱氮性能及其菌群结构.(图10表1参43)

关键词：电极氨氧化序批式生物膜反应器(SBBR) 厌氧氨氧化(ANAMMOX) 阳极电势脱氮

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炼油废水微生物燃料电池启动及影响因素

环境工程学报 2013年第6期7卷 2100-2104页

作者：郭璇詹亚力郭绍辉阎光绪孙素秀赵丽杰耿荣妹中国石油大学(北京)化工学院北京102249

以炼油废水为碳源,构建双室填料型微生物燃料电池,考察接种液、外接电阻等电池启动条件,以及电导率、pH值和缓冲溶液强度等溶液性质对电池产电性能的影响。利用微生物燃料处理炼油废水,COD去除率(52±4)%,含油量去除率(81.8±3)%;利用... 详细信息

以炼油废水为碳源,构建双室填料型微生物燃料电池,考察接种液、外接电阻等电池启动条件,以及电导率、pH值和缓冲溶液强度等溶液性质对电池产电性能的影响。利用微生物燃料处理炼油废水,COD去除率(52±4)%,含油量去除率(81.8±3)%;利用废水中存在的原生菌即可启动电池,但启动期长,外加接种液可快速启动电池;启动时外接电阻的大小对电池稳定运行后的输出功率有明显影响,对电池内阻影响相对较小,当启动外接电阻为2 000Ω,电池输出功率最大,为288 mW/m3;随阳极溶液电导率电池增大,电池内阻降低,输出功率升高;pH值变化对电池阳极电势影响较大,进而影响电池输出,当溶液pH为9时,电池输出电压最大(388 mV),pH过高或过低均不利于电池产电;随着缓冲强度的增大,电池输出电压增大,且PBS缓冲强度的增大可从电导率增大和改善质子传递条件两方面提高电池的输出功率。

关键词：微生物燃料电池炼油废水电导率阳极电势缓冲强度

基于电接触模型的锌电积用阳极电场分布仿真计算

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矿冶工程 2021年第1期41卷 90-93,97页

作者：黎红兵蒋良兴长沙矿冶研究院有限责任公司湖南长沙410012 中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

基于ANSYS 12.0软件对锌电积过程中阳极电流密度分布情况进行了模拟,并将一次电场分布模型改进为考虑电化学反应的二次电场分布模型。研究结果表明,与一次电场分布模型计算结果对比,优化后的电接触模型计算结果能更精准反映锌电积过程... 详细信息

基于ANSYS 12.0软件对锌电积过程中阳极电流密度分布情况进行了模拟,并将一次电场分布模型改进为考虑电化学反应的二次电场分布模型。研究结果表明,与一次电场分布模型计算结果对比,优化后的电接触模型计算结果能更精准反映锌电积过程中阳极电流密度的实际分布情况,阳极内部电流密度由非线性下降变为以恒定梯度下降,阳极电压降由0.015 V变为0.034 V。该模型的引入可以更好地通过模拟计算指导实际生产。

关键词：锌电积阳极电流密度电接触模型仿真计算电场阳极电势

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矩形微生物燃料电池阳极室传质模拟

电源技术 2015年第10期39卷 2123-2127页

作者：刘春梅廖强叶丁丁朱恂李俊低品位能源利用及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030 河南科技大学车辆与交通工程学院河南洛阳471003

以碳布为阳极材料、无添加电子介体微生物燃料电池的阳极室为模拟对象,建立了底物在阳极室和生物膜内传质过程以及生物膜内生化与电化学反应的控制方程,考察了阳极电势和进口底物流量对底物浓度分布、降解效率及电流密度的影响。计算结... 详细信息

以碳布为阳极材料、无添加电子介体微生物燃料电池的阳极室为模拟对象,建立了底物在阳极室和生物膜内传质过程以及生物膜内生化与电化学反应的控制方程,考察了阳极电势和进口底物流量对底物浓度分布、降解效率及电流密度的影响。计算结果表明,阳极电势对阳极室及生物膜内底物浓度的分布有着重要的影响。阳极电势越高,阳极室及生物膜内底物浓度越低,底物降解效率越高,产生的电流密度越大。进口底物流量越大,底物在反应器中水力停留时间越短,底物降解效率越低;随着进口底物流量的增加,单位时间内底物的传质通量增大,生物膜内底物的消耗速率增加,因此电流密度随之增大。

关键词：碳布阳极无添加电子介体微生物燃料电池数值模拟阳极电势进口底物流量

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单室模拟生活污水燃料电池微生物产电研究

单室模拟生活污水燃料电池微生物产电研究

作者：高彬西安建筑科技大学

学位级别：硕士

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是通过微生物代谢作用将有机物氧化进而产生电能的装置，其具有能量利用高效，原料广泛，反应条件温和等特点。但目前依然存在产电机理和产电菌产电特性不明确、控制参数不合理等问题，产电微... 详细信息

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是通过微生物代谢作用将有机物氧化进而产生电能的装置，其具有能量利用高效，原料广泛，反应条件温和等特点。但目前依然存在产电机理和产电菌产电特性不明确、控制参数不合理等问题，产电微生物作为MFC输出电压的核心，分析其生物特性对于深入理解MFC的产电机理及优化MFC控制参数有重要的理论和实践意义。本文以碳布为阳极，载铂碳纸为阴极，构造“二合一”型单室微生物燃料电池。用西安第四污水处理厂回流污泥为接种污泥，模拟生活污水为产电底物，研究MFC启动特性以及分别控制和改变阳极电势、氧化还原电位后MFC产电特性与电化学活性。旨在解析产电机理，分析产电菌代谢类型，寻找最佳的控制运行参数，提高MFC输出电压。研究结果表明： (1)在MFC启动瞬间，改变阳极进水基质中ORP，当进水基质中ORP高于-250mV后不利于MFC瞬间电压的输出，不同ORP下达到最高输出电压所需要的时间随着ORP的增加而增加。 (2)将挂膜成功并且稳定输出电压为150mV时的阳极碳布超声破碎去除附着微生物后，分别放入无任何微生物的基质和含有悬浮微生物的基质中，输出电压分别仅有4.6mV和15.5mV，说明产电微生物在附着过程中对阳极碳布几乎无影响，可以推断MFC输出电压主要依靠阳极附着微生物，悬浮微生物对输出电压贡献较小。 (3)在正常启动下，将阳极电势由-380mV分别降低到-700mV和升高到200mV过程中，库伦效率分别由3%增加到6.7%和19.7%;最大功率密度分别由37.48mW/m2分别降低至13.35mW/m2和增加至-200mV时的65.4mW/m2;而相应内阻(除200mV时降低至372Ω)普遍增大;发酵类型以易分解的丙酸型发酵为主，有机酸能够在20h左右迅速分解。表明，当阳极电势在-200mV左右时，MFC能够获得较高的库伦效率和最大的功率密度，可以在不降低反应速率前提下降低转移阻抗和内阻使得MFC能够稳定运行。 (4)在正常启动下，当ORP由-250mV升高到-100mV过程中，库伦效率由3%先增加到5.2%再降低到3.9%;最大功率密度也由37.48mW/m2降低至8.56mW/m2;相应内阻由599Ω增大到1490Ω。表明，由于持续通入氧气增加氧化还原电位，导致MFC库伦效率、最大功率密度降低、内阻增加，不利于MFC的稳定运行。这可能是由于厌氧发酵受抑制，反应速率降低，并且增加了电荷转移阻抗和电极/溶液界面的双电层电容所致。

关键词： MFC 阳极电势氧化还原电位发酵电化学