[發(fā)明專(zhuān)利]生物燃料電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410054615.2
• 申請(qǐng)日: 2014-02-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103746135A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董紹俊;張玲玲;婁保華;徐志堃
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/16
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/16;H01M4/90
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物燃料電池及其制備方法。

背景技術(shù)

生物燃料電池是以有機(jī)物為燃料，利用酶或微生物作為催化劑，直接將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一類(lèi)特殊的燃料電池。生物燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、生物相容性好、原料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是一種真正意義上的綠色電池，在醫(yī)療、航空、環(huán)境治理等領(lǐng)域均有重要的使用價(jià)值。

酶生物燃料電池是采用氧化還原酶作為催化劑催化燃料氧化的生物燃料電池，其在陽(yáng)極產(chǎn)生氫離子及自由電子，陰極利用氫離子和自由電子將過(guò)氧化物或氧還原為水，從而完成電子的流動(dòng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。酶生物燃料電池包括電機(jī)和填充有有機(jī)物燃料的電解池，酶可以溶解在含有燃料和氧化劑的溶液中，也可以固定在電極上。近年來(lái)，隨著修飾酶電極技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)酶生物燃料電池均采用陰陽(yáng)極均為固定酶電極的結(jié)構(gòu)。

生物燃料電池的微型化最早始于本世紀(jì)初。研究者采用微電極作為基底電極進(jìn)行生物修飾制備酶電極，從而實(shí)現(xiàn)高功率輸出或滿足某方面需求的生物燃料電池的構(gòu)筑（T.Chen,S.C.Barton,G.Binyamin,Z.Gao,Y.Zhang,H.-H.Kim,A.Heller,J.Am.Chem.Soc.2001,123,8630;D.Wen,X.Xu,S.Dong,Energy?Environ.Sci.2011,4,1358;X.Li,L.Zhang,L.Su,T.Ohsaka,L.Mao,Fuel?Cells?2009,9,85.）。盡管微電極直徑限制尺寸在納米到微米級(jí)別，但是其外觀尺寸卻幾乎與常規(guī)電極無(wú)異，所以整個(gè)電池的規(guī)模并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的微型化。另外一方面，構(gòu)筑在芯片上的微型化生物燃料電池往往涉及復(fù)雜的步驟和精密的技術(shù)，如光刻，真空濺射等。某些貴金屬基底電極的制備還增加了整個(gè)電池的成本（M.B.Fischback,J.K.Youn,X.Zhao,P.Wang,H.G.Park,H.N.Chang,J.Kim,S.Ha,Electroanal.2006,18,2016.M.Falk,V.Andoralov,M.Silow,M.D.Toscano,S.Shleev,Anal.Chem.2013,85,6342.）。

另外，目前的生物燃料電池僅能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)化單一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種生物燃料電池及其制備方法，本發(fā)明提供的生物燃料電池具有良好的光響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能-電能和太陽(yáng)能-電能的雙向能源轉(zhuǎn)化模式。

本發(fā)明提供了一種生物燃料電池，包括：

基底；

設(shè)置在所述基底上的電解池，所述電解池設(shè)置有電解液入口和電解液出口；

分別固定在所述基底上的陽(yáng)極和陰極，所述陽(yáng)極和所述陰極位于所述電解池內(nèi)；所述陽(yáng)極上固定有導(dǎo)電納米材料和生物陽(yáng)極酶，所述陰極上固定有光響應(yīng)導(dǎo)電聚合物。

優(yōu)選的，還包括設(shè)置在所述陰極上方的光源。

優(yōu)選的，所述光響應(yīng)導(dǎo)電聚合物為聚三聯(lián)噻吩或聚二聯(lián)噻吩。

優(yōu)選的，所述生物陽(yáng)極酶為葡萄糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶、果糖脫氫酶或乙醇脫氫酶。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電納米材料包括碳納米管、石墨烯、碳納米粒子、貴金屬納米粒子或者碳納米管、石墨烯、碳納米粒子和貴金屬納米粒子中的兩種或兩種以上形成的復(fù)合納米材料或者碳納米管、石墨烯、碳納米粒子和貴金屬納米粒子中的一種或多種與四硫富瓦烯形成的復(fù)合納米材料。

優(yōu)選的，所述基底為聚甲基丙烯酸甲酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。

本發(fā)明提供了一種生物燃料電池的制備方法，包括以下步驟：

a）在基底上印刷電極；

b）在所述電極的一端固定光響應(yīng)導(dǎo)電聚合物得到陰極，在另一端固定導(dǎo)電納米材料和生物陽(yáng)極酶，得到陽(yáng)極；

c）在所述基底上固定設(shè)置有電解液入口和電解液出口的電解池，使所述陰極和陽(yáng)極位于所述電解池內(nèi)。

優(yōu)選的，還包括：

d）在所述陰極上方設(shè)置光源；

所述步驟c）和所述步驟d）之間沒(méi)有順序限制。

優(yōu)選的，所述步驟b）具體為：

b1）將光響應(yīng)導(dǎo)電聚合物單體電聚合于所述電極的一端，形成陰極；

b2）在所述電極的另一端依次滴涂四硫富瓦烯-有序介孔碳復(fù)合納米材料和生物陽(yáng)極酶，干燥后得到陽(yáng)極。

優(yōu)選的，所述步驟a）具體為：

在基底上絲網(wǎng)印刷電極。