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侧链型磺化聚芳醚阳离子交换膜在微生物燃料电池中的应用
  • ISSN号:1000-3304
  • 期刊名称:《高分子学报》
  • 时间:0
  • 分类:TM911.45[电气工程—电力电子与电力传动]
  • 作者机构:南京理工大学环境与生物工程学院,南京210094
  • 相关基金:国家自然科学基金(基金号21276128,21206075,21006052)、江苏省自然科学基金(基金号BK20141398)和中央高校基本科研业务费专项资金(项目号30920130121014)资助项目.
中文摘要:

采用芳香亲核取代反应及溶液铸膜法,制备了一系列具有不同离子交换容量(IEC)的侧链型磺化聚芳醚砜(sSPFAE)阳离子交换膜,并作为分离膜应用于微生物燃料电池(MFC).研究了sSPFAE膜在双室MFC中产电性能并与商用阳离子交换膜进行了对比.SSPFAE膜的IEC为0.97~1.56mmol/g,厚度约为80μm,在30℃时吸水率为20.9%~41.7%,电导率达到27.3~60.5mS/cm,高于商用膜(22mS/cm,420μm).对采用sSPFAE膜的MFC,根据峰功率密度法及极化曲线斜率法得到的MFC内阻约为29~64Ω,随着IEC的升高而降低,库伦效率达到47.7%~55%,其中sSPFAE-1.56膜的最大功率密度达到657.3mW/m2,sSPFAE膜均表现出优于商用膜的产电性能.利用模拟等效电路对整个MFC系统进行EIS分析,结果表明阳极扩散内阻占这类MFC系统总内阻的87%~90%.结合循环伏安曲线、电化学阻抗谱测试及电极电势分析结果,表明分离膜对两极室间物质传递及阳极扩散阻抗有较大的影响.

英文摘要:

A series of cation exchange membranes (CEMs) with different ion exchange capacitiy (IEC) values based on side-chain type partially fluorinated sulfonated poly (aryl ether)s (sSPFAEs) are prepared through aromatic nueleophilic substitution and solution casting, and subsequently used as the separator in microbial fuel cell (MFC). Their power production performances in double chamber MFCs are investigated and compared with commercial CEM. The obtained sSPFAE membranes have IEC of 0.97 - 1.56 mmol/g with thickness around 80 μm,show water uptakes of about 20.9% -41.7% ,and proton conductivities of 27.3 - 60.5 mS/cm,which are higher than those for commercial CEM with thickness of 420 μm (22 mS/cm). For the MFCs with sSPFAE membranes, the intermal resistances are in the range of 29 - 64 Ω according to the peak power density and the slope method from the polarization curves, and increase with the IEC; their columbic efficiencies are about 47.7% - 55%. The membrane of sSPFAE-1.56 exhibits the maximum power output of 657.3 mW/cm2 and all the sSPFAE membranes outperform commercial CEM. According to the EIS analysis results for the whole MFC system by equivalent circuit simulation,the anodic diffusion resistances hold 87% -90% of the total resistances. Combining the CV analysis and EIS analysis with the electrode potential test results,the separating membranes have considerable influence upon the mass tranfer across the chambers as well as the anodic diffusion resistance.

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期刊信息
  • 《高分子学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院化学研究所
  • 主编:张希
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  • 邮编:100190
  • 邮箱:gfzxb@iccas.ac.cn
  • 电话:010-62588927
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3304
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1857/O6
  • 邮发代号:2-498
  • 获奖情况:
  • 国家优秀期刊二等奖,中科院优秀期刊二等奖,中国科协优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国高分子图书馆,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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