[發(fā)明專利]微生物燃料電池的粘結(jié)型復(fù)合三維陽極及制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110320367.8
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN102332587A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐玉蘭;何亞婷;于鵬飛;彭曼;傅金祥
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 李宇彤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬一種微生物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域,確切地說是一種微生物燃料電池的復(fù)合三維陽極及制作方法。

背景技術(shù)

本發(fā)明為用于微生物燃料電池(Microbial?Fuel?Cell，以下簡稱MFC)的粘結(jié)型復(fù)合三維陽極。MFC技術(shù)是一種融合了污水處理和生物產(chǎn)電的新技術(shù)，它能夠在處理污水的同時(shí)收獲電能，以陽極上的細(xì)菌作為陽極催化劑，細(xì)菌降解有機(jī)物所產(chǎn)生的電子傳輸?shù)疥枠O，再通過外電路負(fù)載到達(dá)陰極，由此產(chǎn)生外電流；細(xì)菌降解有機(jī)物所產(chǎn)生的質(zhì)子從陽極室通過分隔材料到達(dá)陰極，在陰極上與電子、氧氣反應(yīng)生成水，從而完成電池內(nèi)電荷的傳遞。作為一種新型的清潔能源生產(chǎn)技術(shù)，MFC在產(chǎn)電的同時(shí)還能處理廢水、去除硫化氫、產(chǎn)氫和修復(fù)地下水。并且與傳統(tǒng)的廢水處理工藝相比，MFC具有產(chǎn)泥量少、不產(chǎn)生甲烷，從而節(jié)省污泥和氣體處理費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

從MFC的構(gòu)成來看，陽極肩負(fù)著微生物附著并傳遞電子的作用,是決定MFC產(chǎn)電能力的重要因素，也是研究微生物產(chǎn)電機(jī)理與電子傳遞機(jī)理的重要輔助工具，因此對MFC陽極的研究具有十分重要的意義。三維陽極MFC（又稱填料型MFC）是在陽極使用碳?xì)帧⑹w粒等物質(zhì)作為填充材料充滿整個(gè)陽極室以增大陽極表面積的一種新型MFC，其陽極面積的增大有利于產(chǎn)電微生物的附著生長并提高電池功率。因此，從提高M(jìn)FC?的產(chǎn)電能力出發(fā)，選擇具有潛力的陽極材料作為三維陽極進(jìn)行開展研究，解析陽極材質(zhì)和表面特性對微生物產(chǎn)電特性的影響，對提高M(jìn)FC?的產(chǎn)電能力具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于研發(fā)一種制作簡單，價(jià)格低廉的用于微生物燃料電池的新型粘結(jié)型復(fù)合三維陽極。

技術(shù)方案如下:微生物燃料電池的粘結(jié)型復(fù)合三維陽極，其特征在于:以鐵網(wǎng)3為框架，在鐵網(wǎng)框架的里、外面分別粘結(jié)里層碳?xì)?2)和外層碳?xì)?4),內(nèi)置連接外電路的不銹鋼棒(1),?粘結(jié)碳?xì)值恼辰Y(jié)劑使用碳粉和30%聚四氟乙烯溶液的混合物。將粘結(jié)劑均勻地涂在碳?xì)直砻妫蛊湔辰Y(jié)在鐵網(wǎng)上;第一層涂好后，使其在室溫下干燥，直至在其表面觀察到白色時(shí)，刷第二層并使其干燥,重復(fù)上述步驟，直到配制的所有粘結(jié)劑均刷至碳?xì)稚?最后，將碳?xì)指艚^水和空氣，密閉干燥24h以上。粘結(jié)劑中碳粉和聚四氟乙烯溶液的最佳配合比為75:1，即當(dāng)碳粉和PTFE溶液的含量分別為750mg和10mL時(shí)，電池的產(chǎn)電性能最好，表觀內(nèi)阻為190Ω，功率密度最大，為5189.4mW·m^-3。

鐵網(wǎng)具有價(jià)格低廉、來源廣泛、對微生物無毒害作用且導(dǎo)電能力優(yōu)良的特點(diǎn)，碳?xì)志哂斜缺砻娣e大、易于微生物附著、電阻小、導(dǎo)電能力優(yōu)良的特點(diǎn)，聚四氟乙烯溶液（簡稱PTFE溶液）是一種優(yōu)良的粘結(jié)劑，由于其本身不導(dǎo)電，???本發(fā)明在聚四氟乙烯溶液中添加碳粉以增加粘結(jié)劑的導(dǎo)電性，降低電池內(nèi)阻。???????????????????

本發(fā)明的微生物燃料電池復(fù)合三維陽極的優(yōu)點(diǎn)是：將兩種陽極材料有機(jī)地結(jié)合在一起，既利用了鐵網(wǎng)的導(dǎo)電性和框架結(jié)構(gòu)，又充分發(fā)揚(yáng)了碳?xì)直缺砻娣e大，適于微生物附著的特點(diǎn)，從而大大地提高了微生物燃料電池的性能。本發(fā)明的復(fù)合三維陽極取得了良好的效果，即降低了電池的表觀內(nèi)阻并增大了其功率密度，在碳粉和PTFE的含量分別為750mg和10mL時(shí)，電池的表觀內(nèi)阻為190?，最大功率密度為5189.4mW·m^-3。而且本發(fā)明的復(fù)合三維陽極只需混合涂層粘結(jié)，無需使用燒結(jié)等復(fù)雜步驟和精細(xì)工藝，因而更簡便實(shí)用，大大降低了陽極制作難度和成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1為不銹鋼棒（作用是連接外電路），2為里層碳?xì)郑?為鐵網(wǎng)框架，4為外層碳?xì)帧?/p>

具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例說明了復(fù)合陽極材料粘結(jié)劑的含量和配比對電池性能的影響。制備方法很簡單,參照附圖制備連接即可。

新型粘結(jié)型復(fù)合三維陽極制作主要步驟如下：

（1）將碳?xì)植贸梢粚永w維結(jié)構(gòu)，鐵網(wǎng)的尺寸為相應(yīng)微生物燃料電池陽極室體積的80%，將鐵網(wǎng)、碳?xì)址謩e浸泡在1mol/L的鹽酸溶液中以去除雜質(zhì)離子，浸泡24小時(shí)后取出，用蒸餾水反復(fù)沖洗；

（2）?原PTFE溶液配成30%質(zhì)量比的PTFE溶液待用，然后將一定量碳粉和30%PTFE溶液混合均勻待用；

（3）將里、外碳?xì)謨蓪犹細(xì)址謩e覆蓋在鐵網(wǎng)的兩側(cè)，用刷子將粘結(jié)劑均勻地刷在碳?xì)稚希⒁粚雍笤谑覝叵赂稍铮瑫r(shí)不斷攪拌待用的粘結(jié)劑；