[發明專利]用于柔性微生物燃料電池陰極及其它應用的膜

在審

• 申請號: 201380040320.3
• 申請日: 2015-08-02
• 公開（公告）號: CN104508883A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: S.雷博拉特;B.比斯比斯;R.D.發爾龍;S.R.魯斯蒂格
• 申請（專利權）人: 納幕爾杜邦公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬蔚鈞;李炳愛

背景技術

1.技術領域

本發明涉及用于微生物燃料電池中的膜。

2.相關領域的描述

微生物燃料電池(MFC)是使用細菌作為催化劑以氧化有機和無機物質并產生電流的裝置。在反應期間，細菌從這些底物中產生的電子流向陰極。利用這一概念開發了一種新型廢水處理工廠，其中水被純化并且以副產物形式發電。

US?2011/0229742公開了一種細菌燃料電池，其包括與待純化液體接觸的多個陽極和多個陰極。所述多個陽極和多個陰極每個包括在電路中排列成跨負載的電聯接的金屬電導體和至少在金屬電導體與待純化液體之間的導電涂層。導電涂層作用于互相密封液體和電導體。

論丈“Microbial?Fuel?Cell?Cathodes?with?Poly(dimethylsiloxane)Diffusion?Layers?Constructed?around?Stainless?Steel?Mesh?Current?Collectors”(Fang?Zhang等人，Environmental?Science&Technology，第44卷，N°4，2010，第1490-1495頁，公布于01/25/2010)公開了一種通過使用金屬網電流收集器和廉價聚合物/碳擴散層制備微生物燃料電池陰極的方法。在這篇論文中，作者圍繞金屬網自身構造陰極，而非將集流體加到陰極材料如碳織物上，從而不需要碳織物或其它支撐材料。

為了使此類電池有效工作，作為電子收集過程中的重要元件的陰極(柔性基板形式)必須具有以下特性：

-允許所需量的氧氣可供細菌使用；

-具有非常低的表面電阻以用作導體；

-持久地確保水密性。

本領域的技術人員將通常使用對氧氣非常開放的聚合物膜，諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯醚(PPO)、聚甲基戊烯(PMP)和如論文“Permeation?of?O₂，Ar₂and?N₂through?polymer?membranes”(K.Haraya和S.Huang，Journal?of?Membrane?Science，71(1992)13-27)所示的其它材料。這些膜用于從空氣中分離氧氣，并且因此一側受壓并且從高壓側向低壓側發生擴散，空氣/氣體位于兩側。然而，使用MFC時，擴散從大氣壓下的空氣對另一側的水壓發生，其中存在氧氣減少的情況，因為細菌在氧氣存在時消耗氧氣。

另一個重要的方面是能夠制備這些膜的商業方法。使用PDMS將通常需要間歇方法，因為它的室溫硫化(RTV)或者甚至熱活化固化需要至少15分鐘來完成。在固化期間，加入炭黑粉末以提供電導率。這排除了以卷對卷制程制備這種膜的可能性。

在現有技術中，加入炭黑的片材(織造材料或非織造材料)已經廣泛地與Nafion膜組合使用，或者已經涂覆有硅基材料(例如PDMS：聚二甲基硅氧烷)。提供表面區域(網、織造材料、非織造材料)的所有形式的不銹鋼也推薦帶有硅涂層。然而，迄今為止大多數這些用途受限于實驗室規模的應用。

現有技術MFC的大多數缺點必須解決上述方法的商業化并且尤其受到電極的最終成本的影響。這一應用的另一個缺點在于施用于開放結構(織造材料或非織造材料導體)的涂層不是完全均勻的，導致涂層滲入結構空隙中。這引起厚度不同，導致不同的局部氧氣滲透性。在工業設備中，考慮覆蓋1m至3m高度的電極結構，并且水位于導體側。因為不均勻和流體靜力學水壓，膜在空氣側存在不同程度的水滲漏。因此，達到在流向水側的氧氣恒定速率，同時保持水不漏向空氣側之間的最佳平衡變得非常困難。

因此，仍需要提供改善的電極構造和電子-氣體/收集-滲透系統，尤其是用于MFC領域。

發明內容

本發明涉及用作包裝或用于微生物燃料電池的膜，所述膜包括具有高透氧性的聚合物的第一層和由非織造材料或織造材料制成的第二支撐層，這兩層通過使用粘合劑點層合和/或圖案層合在一起。

附圖說明

圖1示出本領域狀態的一個實施例。

圖2示出根據本發明的膜的一個實施例。

具體實施方式