本文關鍵詞：基于最佳輸出功率的微生物燃料電池電能采集系統(tǒng)的研究

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【摘要】：在能源緊張環(huán)境惡化的社會,研究者對任何含有豐厚能源的物質都會相當重視。逐漸消耗的化石燃料和越來越多的環(huán)境問題迫使人們去尋找清潔的、無污染的新型能源。生物電化學系統(tǒng)憑借其具有污水處理能力的同時還能夠產生電能的雙重優(yōu)點,被認為是一種新型的、有前景的能源技術。迄今為止,絕大多數的生物電化學系統(tǒng)主要集中在實驗室里進行研究,主要以微生物燃料電池為研究系統(tǒng)。微生物燃料電池作為典型的生物電化學系統(tǒng),具有諸多優(yōu)點,例如原料廣泛、產物清潔無污染等等。在實際應用中,單個微生物燃料電池產生的微弱電能是不足以直接讓外電路工作的。于是,首先想到的解決方法是將多個微生物燃料電池進行串并聯,但是多個微生物燃料電池進行串并聯會出現電壓或者電流反轉現象,這會導致串并聯的多個微生物燃料電池的總輸出不但沒有增加反而變的更低。針對微生物燃料電池產能較低的限制,該畢業(yè)論文課題研究的主要內容是微生物燃料電池電能的有效地采集以及設計電池串聯反轉控制電路消除電壓反轉現象。本文首先研究微生物燃料電池產電特性,選取最適合微生物燃料電池產電的PH值。然后設計多個微生物燃料電池串聯自動控制電路,解決電池串聯出現電壓反轉的現象。設計自動控制評估系統(tǒng),評估微生物燃料電池性能,選出最適合儲存微生物燃料電池能量的超級電容值。然后設計微生物燃料電池的采能電路,并且加上反饋電路,提高采集能量的效率。通過測試設計的電路,結果表明微生物燃料電池在最適合的PH值下能夠穩(wěn)定產能,微生物燃料電池串聯的自動控制電路能夠有效的消除反轉電池對總回路輸出的影響,使串聯回路保持較高的輸出。自動控制評估系統(tǒng)能夠選取最適的超級電容值,用于后續(xù)的能量采集電路,加反饋的能量采集電路能夠有效的提高微生物燃料電池的能量轉換效率。
【關鍵詞】：微生物燃料電池 自動控制電路 自動評估電路 能量采集 反饋電路
【學位授予單位】：華僑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.45
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 課題的研究背景9-11
• 1.2 微生物燃料電池的研究現狀11-14
• 1.3 課題的研究內容14-16
• 第2章 微生物燃料電池的產電原理及其產電特性研究16-27
• 2.1 微生物燃料電池的基本構成和產電原理16-19
• 2.2 微生物燃料電池的電極材料及其功能19-21
• 2.2.1 陽極材料19-20
• 2.2.2 陰極材料20
• 2.2.3 膜材料20-21
• 2.3 微生物燃料電池的電化學參數分析21-23
• 2.3.1 電池的電壓21-22
• 2.3.2 微生物燃料電池的內阻22
• 2.3.3 微生物燃料電池的輸出功率22-23
• 2.4 微生物燃料池的性能評價和計算方法23-25
• 2.4.1 電流密度和功率密度23
• 2.4.2 COD去除率23-24
• 2.4.3 庫倫效率24-25
• 2.5 微生物燃料電池的特點及趨勢25-26
• 2.6 微生物燃料電池的搭建與啟動26-27
• 第3章 多個微生物燃料電池串聯自動控制電路設計27-34
• 3.1 多個微生物燃料電池串聯反轉現象的研究現狀27-29
• 3.2 微生物燃料電池組串聯自動控制電路設計方案29-33
• 3.2.1 自動控制電路設計方案29-31
• 3.2.2 自動控制電路的實現31-33
• 3.3 微生物燃料電池串聯自動控制電路印刷電路板的設計33-34
• 第4章 微生物燃料電池性能的評估以及能量的有效采集34-46
• 4.1 微生物燃料電池能量評估的意義34-35
• 4.2 微生物燃料電池性能自動控制評估系統(tǒng)的電路設計35-38
• 4.3 微生物燃料電池性能自動控制評估系統(tǒng)的電路實現38-41
• 4.3.1 微控制器STM32F103的硬件介紹38
• 4.3.2 微控制器STM32F103的軟件描述38-40
• 4.3.3 超級電容40
• 4.3.4 開關40-41
• 4.4 微生物燃料電池能量的有效采集41-43
• 4.5 微生物燃料電池能量有效采集的電路設計43-44
• 4.6 微生物燃料電池評估電路和高效能量采集電路印刷電路板的設計44-46
• 第5章 測試結果分析46-61
• 5.1 微生物燃料電池產電特性的測試46-51
• 5.1.1 電池的啟動時間46-47
• 5.1.2 電池三個周期電壓隨時間變化圖47-48
• 5.1.3 電池內阻和功率密度曲線48-50
• 5.1.4 COD去除率與庫倫效率50-51
• 5.2 兩個微生物燃料電池串聯自動控制電路設計51-55
• 5.3 微生物燃料電池性能評估測試55-57
• 5.4 單個微生物燃料電池加反饋回路的電能采集的測試結果57-61
• 第6章 總結與展望61-63
• 6.1 課題總結61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67-68
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果68

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