三维氮掺杂碳纳米管/石墨烯复合气凝胶阳极用于高功率微生物燃料电池

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优化电极材料结构是设计高功率微生物燃料电池(MFCs)的有效策略之一。然而，现有电极材料存在内阻高、电解质润湿性差、微生物负载能力低等缺陷，严重限制了MFCs的输出性能。本研究合成了三维氮掺杂多壁碳纳米管/石墨烯(N-MWCNT/GA)复合气凝胶作为MFCs阳极。通过与氮掺杂GA、MWCNT/GA进行对比，具有宏孔亲水性的N-MWCNT/GA电极平均孔径为4.24 μm，可实现微生物的高密度负载，促进细胞外电子传递，内阻低。N-MWCNT的亲水表面产生高电荷迁移率，使MFC获得高功率输出性能。基于N-MWCNT/GA阳极的MFC系统峰值功率密度和输出电压分别达到2977.8 mW·m⁻²和0.654 V，分别比MWCNT/GA提高1.83倍和16.3%。研究结果表明，通过优化化学和微观结构，三维N-MWCNT/GA阳极可用于不同环境下的高功率微生物燃料电池。

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