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光合太阳能电池的建模与仿真
摘要： 太阳能作为一种清洁、丰富且经济能源的潜力，可通过转化为电能得到有效利用。光合作用太阳能电池(PSCs)通过植物细胞的光合作用和呼吸作用将阳光转化为电能。这些过程可被中断，从而在质子交换膜燃料电池系统中为质子和电子转移提供更低阻抗的路径。PSCs无需有机燃料、不需主动供料系统，且能昼夜不间断地产生碳中性电力。本文描述并建模了阳极室内产生电子和质子的光合机制，还模拟了包含植物细胞、糖类、还原剂和催化剂等在内的阳极室与阴极室中各类物质浓度随时间的变化函数，用以模拟燃料电池的跨膜电势。文中阐述了通过外电路的电子流动情况，并对质子、反应物与产物在电解质中的非理想迁移阻力导致的电池电压损耗等效应进行了建模，同时化学反活化所需的激活能也会造成电压下降。通过建立各物质的微分方程来模型化这些动态过程，该模型可用于预测不同条件下PSC系统的运行特性。
关键词： 微生物燃料电池、电池功率、建模、光合太阳能电池、太阳能、电池电压
更新于2025-09-23 15:19:57
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[IEEE 2017年第14届印度理事会国际会议(INDICON) - 鲁尔基(2017.12.15-2017.12.17)] 2017年第14届IEEE印度理事会国际会议(INDICON) - 沉积物微生物燃料电池串联与混联连接为LED供电
摘要： 沉积物微生物燃料电池（SMFC）是一种通过微生物产生绿色电能的生物电化学装置。预计SMFC将被用作照明和远程环境监测的可持续电源。为了解SMFC的性能，进行了为期一个月的实验。单个SMFC的电压和电流水平较低，无法驱动电子设备。为了提高SMFC的发电能力，将八个独立的SMFC以串联或混合方式连接在一起。其中两种SMFC组合（混合连接）被证明更为有效，能同时提升电压和电流水平。对串联和混合连接的SMFC进行了极化曲线和电压生成行为实验。串联连接的SMFC在435.25μA下获得1.111mW/m2的功率密度，而混合连接的SMFC在870.75μA下获得1.309mW/m2的功率密度。本研究表明，通过串联和混合连接方式可最大化SMFC的发电量，从而实现该设备的实际应用。
关键词： SMFC（微生物燃料电池）、开路电压（OCV）、电流、混合连接、串联连接
更新于2025-09-23 07:09:27
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基于近场耦合的MIM等离子体波导系统中的太赫兹多频带单向无反射现象
摘要： 现有的海洋或陆地漏油检测方法存在灵敏度低、环境适应性差、成本高和能耗大等缺点。本研究开发了一种结构独特的向上开式微生物燃料电池（UOC-MFC），其垂直漂浮于电解液表面的卷式阴极同时接触空气和水体。当油污覆盖阴极表面时，会阻碍氧气扩散并导致传感器电位读数骤降。使用发动机油（EO）进行的冲击测试表明，电位下降幅度与响应时间均与油量呈优异线性关系（R2>0.99），显示出良好灵敏度。由于阳极与侵入油污隔离，UOC-MFC传感器在EO冲击后2.3小时内即可恢复外部电位，证明其具有优异重复使用性。正常工况下该电池功率密度为450 mW/m3，受内部电阻从1.29增至3.80 kΩ影响，EO冲击后降至207 mW/m3。集成电源管理系统（PMS）的UOC-MFC理论上可支持电压表和数据传输器运行。本研究充分验证了UOC-MFC以实时自持模式原位检测油污的巨大潜力。
关键词： 生物传感器、向上开通道（UOC）、自维持性、阴极氧扩散、微生物燃料电池、油存在监测
更新于2025-09-12 10:27:22
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一种基于纸张的生物太阳能电池
摘要： 一种融合纸基流体学与纸基电子学的集成系统近期成为一次性即时检测（POC）诊断应用中简单、单次使用且低成本的新范式。独立自持的纸质系统对资源受限环境中的有效救命治疗至关重要。因此，实际应用的纸质POC系统需要真实可靠的电源——其诊断性能和便携性很大程度上取决于电力供应。在众多纸质电池与储能装置中，纸质微生物燃料电池备受关注，因为细菌能从这些艰苦地区易获取的各类有机物中获取电能。但该技术尚未转化为实用电源，因其供电时长过短，无法支撑系统较长时间运行。本研究首次展示了一种以光合细菌为生物催化剂的简易长效纸质生物太阳能电池：通过细菌光合作用与呼吸作用持续自持地将光能转化为电能供电?；诙嗫赘叩嫉缂氪葱鹿烫跫闹街驶咨锾裟艿绯?，其最大电流密度达65 μA/cm2、功率密度达10.7 μW/cm2，显著优于传统微尺寸生物太阳能电池。此外，三维纸质堆叠腔室中的光合细菌能稳定供电超5小时，而二维纸质异养培养物产生的电流数分钟内即急剧衰减。
关键词： 光合细菌、微生物燃料电池、纸质即时诊断设备、太阳能收集、纸质生物太阳能电池
更新于2025-09-11 14:15:04
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新型非化学计量铁电体(Li0.95Cu0.15)Ta0.76Nb0.19O3的表征及其与(Li0.95Cu0.15)Ta0.57Nb0.38O3作为MFCs光催化剂的对比研究
摘要： 本研究探究了新铁电材料(Li0.95Cu0.15)Ta0.76Nb0.19O3(LT76)在单室微生物燃料电池(MFC)中的光催化活性，并将其性能与类似光催化剂(Li0.95Cu0.15)Ta0.57Nb0.38O3(LT57)进行对比。光催化剂LT76和LT57采用陶瓷路线在相同条件下、以相同原料合成，其Ta/Nb比例分别固定为4.0和1.5。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、粒径分布(PSD)、差示扫描量热法(DSC)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对这两种物相进行了表征。新型光催化剂LT76的比表面积约为0.791m2/g，居里温度为1197°C。在光源照射下，通过功率密度和化学需氧量(COD)去除率评估该材料在废水处理和发电方面的光催化效率。LT76的最大功率密度和COD去除率分别为19.77 mW/m3和93%。
关键词： 微生物燃料电池、非化学计量、铁电体、铌酸锂-钽酸盐、光催化剂
更新于2025-09-09 09:28:46