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Effects of ammonium ions from the anolyte within bio-cathode mfc on nitrate reduction and current

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Effectsofammoniumionsfromtheanolytewithinbio-cathode

microbialfuelcellsonnitratereductionandcurrentdensity

JiyeonKima,*,ByunggoonKima,HongsuckKima,ZuwhanYunb

aWaterResearchCenter,K-waterInstitute,125,1689thGil,Yuseong-daero,Daejeon305-730,RepublicofKoreabPrograminEnvironmentalTechnologyandPolicy,KoreaUniversity,Anam-dong,Seongbuk-ku,Seoul136-701,RepublicofKorea

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Articlehistory:Received14January2014Receivedinrevisedform21April2014Accepted21April2014Availableonline16May2014

Keywords:AmmoniumtransfereffectMicrobialfuelcellsNitrateremovalTwo-chamberbio-cathodemicrobialfuelcellWastewatertreatmentabstract

Thisstudywastodeterminetheeffectsoftheammoniumionintheanolyteofthetwo-chamberbio-cathodeMFC,whichusesnitrateionsasthefinalelectronacceptor,onthenitratereductionandthecurrentdensity.Theammoniumnitrogenmasstransfercoefficientwas3Â10À6cm/sandthediffusivitywas6Â10À8cm2/sthroughNafion117underabioticconditions,withthecircuitdisconnected.WhentheTCBC-MFCwasoperatedat96.6Æ11.2mg/LofSCODcrintheanodechamberand37.9Æ2.8mg/Lofnitratenitrogeninthecathodechamberatanexternalresistance100U,theanalyticaldenitrificationratewasbeing7.89Æ0.78g/m3dinthepresenceofammoniumionsand3.07Æ0.26g/m3dintheabsenceofammoniumions.Thecurrentdensitywas176.1Æ31.7mA/m2whenNH4þ-Nwaspresentintheanolyteand28.2Æ19.4mA/m2withoutNH4þ-N.Thus,itwasdeterminedthattheammoniumionsintheanolytewerepromotedelectronmovement,whichincreasedthedenitrificationratetotwicethatintheammonium-freesystem.Ó2014ElsevierLtd.Allrightsreserved.

1.Introduction

Nitrogenremovalmethodsaretypicallyclassifiedaseither

abioticorbiological.Someabioticmethodsthatarecommonlyused

toremovenitratesfromwaterarereverseosmosis,ion-exchange,

electroadsorption,andnanofiltration(SchoemanandSteyn,2003;

HanandChang,2013).However,thesemethodssufferfrom

variousdrawbackssuchastheproductionofbrineorotherby-

products(Ghafarietal.,2008).Biologicalmethodscanbe

employedtoreducenitratestonitrogengasbyusingheterotrophic

andautotrophicdenitrifiers.Heterotrophicdenitrificationisa

removalmethodthatcombinesbiologicalnitrificationanddeni-

trification,withorganiccarbonasanelectrondonor,whileauto-

trophicdenitrificationutilizeshydrogenandsulfuraselectron

donors(Changetal.,1999;Zhaoetal.,2011).Moreover,autotrophic

denitrificationusingbio-electrochemicalsystemshasrecentlybeen

studied(Parketal.,2005;Jeremiasseetal.,2010).

Microbialfuelcells(MFCs)haverecentlybeenemployedasa

noveltechnologyforwastewatertreatmentsincetheyarecapable

ofremovingorganicmatterandgeneratingelectricalpower(Loganetal.,2006).Furthermore,manyresearchershavedevelopedMFCs

fornitrogenremovalandrecovery(Gregoryetal.,2004;Ohand

Logan,2005;Heijneetal.,2010;Fangetal.,2011).

Clauwaertetal.(2007)initiallyexaminedthesimultaneous

removalofanorganicsubstrate,powerproduction,anddenitrifi-

cationbyusinganMFCwithoutrelyingontheformationofH2oran

externalpowersource,undertheassumptionoftheconversionof

NH4þ-NintoNO3À-N.Modifiedprocessesforthetotalremovalof

organicsubstratesandnitrogeninwastewaterbasedonbio-

cathodeMFCshavebeenpreviouslyreported.Virdisetal.(2008)

demonstratedtheoperationofabio-cathodeMFCusingasepa-

ratenitrificationtank,whileZhangandHe(2012)attemptedto

integratethenitrificationanddenitrificationprocesseswithina

singleMFCbyusingtwoaerobicandanoxiccathodes.

DuringwastewatertreatmentwithMFCs,NH4þ-Nwithinthe

wastewaterdiffusesthroughthemembraneandreachesthecath-

odechamber(Logan,1999),subsequentlymaintainingthecharge

balance(Rozendaletal.,2006).Whenthewastewaterwastreated

withthetwo-chamberMFC,theammoniumionsweredetectedin

higherconcentrationswithinthecathodeeffluentasaresultofthe

movementoftheseions(Virdisetal.,2008).Previousstudies

involvingthelossofammoniumionsinsingle-andtwo-chamber

MFCsreportedthattheammoniumtransportrateincreasedas

thegenerationofelectricityincreased,andthattheNH4þ-Nwasnot

necessaryfortheproductionofelectricity(Kimetal.,2008

).*Correspondingauthor.E-mailaddresses:jy.kim@kwater.or.kr(J.Kim),bgkim@kwater.or.kr(B.Kim),waterkim@kwater.or.kr(H.Kim),envzyun@korea.ac.kr(Z.

Yun).ContentslistsavailableatScienceDirect

InternationalBiodeterioration&Biodegradation

journalhomepage:www.elsevier.com/locat

e/ibiod

http://dx.doi.org/10.1016/j.ibiod.2014.04.0150964-8305/Ó2014ElsevierLtd.Allrights

reserved.InternationalBiodeterioration&Biodegradation95(2014)122e126Theaimofthisinvestigationwastodeterminetheeffectsof

theammoniumionintheanolyteofthetwo-chamberbio-

cathodeMFC(TCBC-MFC),whichusesnitrateionsasthefinal

electronacceptor,onthenitratereductionandthecurrent

density.

2.Materialsandmethods

2.1.TCBC-MFCsetupandoperation

Inthisstudy,atwo-chamberbio-cathodeMFC(TCBC-MFC)was

constructedusingabench-scalereactortoremovetheorganic

matterandnitrateionsinthewastewater.Theorganicmatterwas

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锂离子电池的高镍正极材料的制备及性能优化

锂离子电池的高镍正极材料的制备及性能优化

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期

锂离子电池高镍正极材料的制备及性能优化

吴剑扬1，申兰耀1，2，于永利2，王汝娜2，蒋宁1，2，杨新河2，邱景义3，周恒辉1，2

（1 北京大学化学与分子工程学院，北京 100871；2 北京泰丰先行新能源科技有限公司，北京 102200；

3 防化研究院，北京 102205）

摘要：高镍三元正极材料具有很高的理论容量，可被用于提高锂离子电池体系的能量。目前研究较多的高镍材料

是镍摩尔分数在三元素中占比为80%的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，但是为了追求更高的能量密度，具有更高镍摩尔分数

（镍摩尔分数＞88%）的超高镍材料也需要被研究。然而，镍含量的提升对材料结构稳定性造成的负面影响阻碍

了高镍材料的实际应用。因此，优化高镍材料的制备工艺十分重要。本工作首先制备了镍摩尔分数为88%、90%、92%、94%以及98%的超高镍材料，探究了它们的基本物理化学性质与电化学性能，验证了镍摩尔分数提

升对于材料容量和结构稳定性带来的影响。进一步地，本工作选取了镍摩尔分数为90%的高镍材料（Ni90），着

重探究了烧结温度对其性质的影响，发现Ni90材料颗粒会随着烧结温度的上升而增大，而在750℃的适宜烧结温

度下，材料能在结构和颗粒尺寸上达到平衡，得到倍率和循环综合性能最好的Ni90材料。同时，对于不同镍含

量的材料，也需要选择适中的温度进行烧结，才能兼顾材料的性能与稳定性。

关键词：电化学；制备；高镍材料；正极；锂离子电池

中图分类号：TH3 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1387-08

Preparation and performance optimization of high-nickel cathode

materials in lithium-ion batteries

高盐废水生物阴极mfcs产电及脱氮性能研究

高盐废水生物阴极mfcs产电及脱氮性能研究

第４９卷第１期２０２０年１月应　用　化　工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ.４９Ｎｏ.１Ｊａｎ.２０２０

收稿日期:２０１９￣０３￣１３ 修改稿日期:２０１９￣０４￣１９基金项目:国家自然科学基金项目(５１７７８０８２)ꎻ重庆市自然基金(ｃｓｔｃ２０１９ｊｃｙｊ￣ｍｓｘｍＸ０５７３)作者简介:杨茜(１９９５－)ꎬ女ꎬ安徽滁州人ꎬ重庆大学在读硕士研究生ꎬ师从付国楷副教授ꎬ主要从事水处理技术与水污染控制的研究ꎮ电话:１３６１８３６０８９２ꎬＥ－ｍａｉｌ:２８０３４２５７０８＠ｑｑ.ｃｏｍ通讯联系人:付国楷(１９７９－)ꎬ男ꎬ副教授ꎬ硕士生导师ꎬ从事污水处理与水体修复的研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｆｕｇｕｏｋａｉ＠１６３.ｃｏｍ高盐废水生物阴极ＭＦＣｓ产电及脱氮性能研究

杨茜１ꎬ２ꎬ李轩１ꎬ蒋涛阳１ꎬ王测文１ꎬ付国楷１ꎬ２

(１.重庆大学城市建设与环境工程学院ꎬ重庆　４０００４５ꎻ２.重庆大学三峡库区环境与生态部重点实验室ꎬ重庆　４０００４５)

摘　要:构建了双室生物阴极微生物燃料电池系统(ＭＦＣｓ)ꎬ分析了曝气强度对系统脱氮和产电性能的影响ꎬ并讨论了间歇曝气对污染物的去除影响ꎮ结果表明ꎬ生物阴极ＭＦＣｓ实现了污染物去除和能量回收的双重目的ꎬ生物阴极ＭＦＣｓ稳定运行时ꎬ最大功率密度、开路电压和电池内阻分别为２.７２Ｗ/ｍ３、６６０ｍＶ、１３１Ωꎮ曝气强度４０~１００ｍＬ/ｍｉｎ、ＤＯ浓度在４~６ｍｇ/Ｌ时ꎬ电压输出最大为２５３ｍＶꎬ产电周期最长ꎬ生物阴极ＭＦＣｓ对ＣＯＤ去除以及

脱氮效果较为理想ꎮ间歇式曝气运行方式既能有效提高生物阴极脱氮性能又可以减少维持高浓度ＤＯ的能量输入ꎮ控制间歇曝气２ｈꎬ对污染物ＴＮ去除效果最好ꎬ比持续曝气提高２０％ꎮ关键词:微生物燃料电池ꎻ榨菜废水ꎻ生物阴极ꎻ生物电化学脱氮中图分类号:ＴＱ５１７ꎻＴＱ１５２ꎻＸ７０３ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７１－３２０６(２０２０)０１－００２２－０６

添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响

添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响

[Article]

物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)

ActaPhys.-Chim.Sin.,2009,25(2)：201-206February

Received:September10,2008;Revised:October21,2008;PublishedonWeb:December1,2008.*Correspondingauthor.Email:zcwang@;Tel:+86592-2180738.

国家基础研究重大项目计划(2007CB209702)资助

鬁EditorialofficeofActaPhysico-Chimica

Sinica添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响

许杰姚万浩姚宜稳王周成*杨勇

(厦门大学化学化工学院,福建厦门361005)

摘要：在1mol·L-1LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)+碳酸甲乙酯(EMC)(EC、DMC、EMC体积比为1∶1∶

1)电解液中加入体积比为2%的添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC),用循环伏安法(CV)、扫描电镜(SEM)、能量散射光

谱(EDS)、电化学阻抗谱(EIS)等方法,研究了FEC对锂离子电池性能及石墨化中间相碳微球(MCMB)电极/电解

液界面性质的影响.结果表明,体积比2%FEC的添加可以抑制部分电解液溶剂的分解,在MCMB电极表面形成

一层性能优良的固体电解液相界面(SEI)膜,降低了电池的阻抗,明显提高了电池的比容量和循环稳定性.

关键词：添加剂;氟代碳酸乙烯酯;锂离子电池;循环伏安;能量散射光谱;电化学阻抗谱

中图分类号：O646

EffectofFluoroethyleneCarbonateAdditiveonthePerformanceof

LithiumIonBattery

XUJieYAOWan-HaoYAOYi-WenWANGZhou-Cheng*YANGYong

电催化铵根氧化

电催化铵根氧化

电催化铵根氧化

1.引言

1.1 概述

概述部分的内容：

铵根氧化是一种重要的化学反应，具有广泛的应用前景。传统的铵根氧化方法通常需要高温高压条件下的氧化剂，如过氧化氢或高价态过渡金属催化剂。然而，这些方法存在着环境污染和能源消耗大的问题。

为了克服传统方法的不足，电催化技术成为了一种备受研究关注的替代方案。电催化技术利用电流进行反应催化，可以在较温和的条件下实现高效的铵根氧化反应。

本文将重点探讨电催化铵根氧化的原理、机理和应用。首先，将介绍电催化的基本原理，包括电极作用和电化学反应。然后，将详细讨论铵根氧化的机理和影响因素。最后，将总结电催化铵根氧化的研究进展，并展望其未来的应用前景。

通过对电催化铵根氧化的深入研究，我们可以提高反应的效率，减少能源消耗和环境污染。这对于实现可持续发展和绿色化学具有重要意义。希望本文能够为进一步推动电催化铵根氧化的研究和应用提供参考和启示。

1.2文章结构

文章结构部分的内容

在本文中，我们将探讨电催化铵根氧化的研究进展和应用前景。文章分为引言、正文和结论三个部分。 引言部分首先简要概述了电催化铵根氧化的背景和意义。近年来，由于人类活动导致的氮污染问题日益突出，电催化铵根氧化作为一种高效、低能耗的氮污染物处理技术备受关注。然后介绍了本文的结构和目的。文章旨在综述电催化铵根氧化的研究进展，并展望其在环境治理和氮循环中的应用前景。

正文部分将详细介绍电催化铵根氧化的相关要点。第一个要点将重点介绍电催化铵根氧化的原理和机制。探讨铵根在电极表面的吸附、电子转移和氧化反应过程，并讨论影响反应效率和选择性的关键因素。第二个要点将探讨电催化铵根氧化的催化剂设计和改性策略。介绍不同催化剂的种类、制备方法以及它们在电催化铵根氧化中的应用。讨论催化剂结构与性能之间的关系，以及如何通过合理设计和改性来提高电催化反应的效率和稳定性。

结论部分首先对本文所述的内容进行总结。强调电催化铵根氧化是一种具有潜力的氮污染物处理技术，可以高效地将铵态氮转化为无害的氨气或氮气。然后展望了电催化铵根氧化在水体和大气中氮污染治理、农业废水处理和资源回收利用等方面的应用前景。指出未来的研究方向包括开发高效稳定的催化剂、探索反应机制细节以及研究该技术在不同条件下的适用性。