一种微生物燃料电池空气阴极及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102655235A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102655235A(43)申请公布日2012.09.05(21)申请号201210062506.6(22)申请日2012.03.09(71)申请人南开大学地址300071天津市南开区卫津路94号(72)发明人董恒于宏兵王鑫(74)专利代理机构天津佳盟知识产权代理有限公司12002代理人侯力(51)Int.Cl.H01M4/86(2006.01)H01M4/88(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书55页页附图附图33页(54)发明名称一种微生物燃料电池空气阴极及其制备方法(57)摘要一种微生物燃料电池空气阴极，从空气侧至电解液侧由扩散层薄膜、不锈钢网和活性层薄膜叠加构成，其制备方法是：将导电性好、亲水的碳粉材料与疏水、导气的PTFE乳液在乙醇中混合，经过超声和水浴成团，最终辊压成薄膜状扩散层和活性层，以不锈钢网作为导电骨架，叠加辊压形成空气阴极。本发明的优点是：该制备方法在空气扩散层中加入了导电碳黑，减小了空气扩散电极的电阻；滴入PTFE乳液后的超声搅拌，能够在电极中形成均匀、细微的气孔，增加活性层内的三相界面还原位点；在马弗炉中分两次加热固化，使得PTFE形成三维网络结构的输气孔道，增加活性层内的三相界面，该微生物燃料电池空气阴极适用于规范化的大规模生产。CN102653ACN102655235A权利要求书1/1页1.一种微生物燃料电池空气阴极，其特征在于：从空气侧至电解液侧由扩散层薄膜、不锈钢网和活性层薄膜叠加构成。2.一种如权利要求1所述微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于步骤如下：1)将粉末状导电碳黑置于容器中，加入乙醇以将其浸没为准，在30℃温度下超声、搅拌30min，使导电碳黑充分分散和溶解在乙醇中；2)在超声、搅拌的条件下，逐滴加入PTFE乳液，并继续超声、搅拌30min；3)将上述容器置于80℃的水浴锅中，继续搅拌直至形成有弹性的面团状物质；4)取出面团状物质并于手中捏练均匀，然后置于辊压机上将其辊压成厚度为0.3mm的均匀的扩散层薄膜；5)将不锈钢网与上述扩散层薄膜叠放在一起放入辊压机中辊压，得到厚度为0.35mm的薄片，其中不锈钢网为空气阴极的导电骨架；6)将0.35mm的薄片放入马弗炉中，在330-340℃温度下下加热15-20min，得到空气阴极的导电扩散层；7)将超级电容活性炭置于另一容器中，并重复上述步骤1)-3)中与处理导电碳黑相同的操作；8)取出上述得到的面团状物质并于手中捏练均匀，然后置于辊压机上将其辊压成厚度为0.2mm的活性层薄膜；9)将活性层薄膜置于不锈钢网上附有扩散层的另一侧，放入辊压机中辊压，得到厚度为0.5mm的二次复合薄片；10)将二次复合薄片再次放入马弗炉中，在330℃-340℃温度下下加热15-20min，活性层中的PTFE固化并形成三维网络结构，即可制得微生物燃料电池空气阴极。3.根据权利要求2所述微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于：所述PTFE乳液的重量百分比浓度为60％，PTFE乳液与导电碳黑的质量比为3∶1，PTFE乳液与超级电容活性炭的质量比为1∶5-8。2CN102655235A说明书1/5页一种微生物燃料电池空气阴极及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及微生物燃料电池空气阴极的制作方法，具体涉及一种微生物燃料电池空气阴极及其制备方法。背景技术[0002]微生物燃料电池是一种能将生物质能转化为电能的装置，具有底物适应性强、操作条件温和、无需输入能量即可实现电能生产、环境友好、可靠性高、可持续利用等优点，特别是在使用污水做燃料时还可达到处理污水的效果。以廉价、易得的氧气作为电子受体的空气扩散电极，已广泛的应用在商品化的燃料电池和金属空气电池中，如美国ALUPOWER公司和Evionyx公司生产的碱性金属-空气电池。空气阴极在微生物燃料电池中虽然是研究最多的一种阴极形式，但目前仅限于各个实验小组自制自用，还没有商品化的产品可以在工业中大规模生产和应用。微生物燃料电池里常用的空气阴极的制作方法是由logan等人(Cheng，S.A..；Liu，H.；Logan，B.E.，Increasedperformanceofsingle-chambermicrobialfuelcellsusinganimprovedcathodestructure.ElectrochemistryCommunications2006，8，(3)，489-494.)提出的，以碳布或碳纤维布为导电骨架，在碳布面对空气的一侧用刷子涂刷具有疏水导气性的聚四氟乙烯(PTFE)乳液作为空气扩散层，每涂一层就需在马弗炉中加热固化15-20min，约涂刷3-4层；