[發明專利]一種微生物燃料電池、陽極、陽極催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410373974.4
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104143644A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 程發良;郭文顯;張敏;陳妹瓊;陳莉;柳鵬
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院;東莞理工學院城市學院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M8/16;H01M4/86;H01M4/88;B01J27/22
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 羅曉林;李志強

技術領域

本發明涉及生物燃料電池的制造領域，尤其涉及到用石墨烯/α-MoC復合材料作為微生物燃料電池陽極催化劑，并將該復合材料應用于微生物燃料電池的制造和產電。

背景技術

隨著經濟的飛速發展和人口的持續增長，地球的承載能力越來越受挑戰，大規模的利用不再生資源及環境的污染直接威脅著人類文明的健康可持續發展，現能源環境的污染與能源的短缺已備受全世界各國的高度關注。

針對能源問題，早在1911年，英國植物學家Potter首先發現利用細菌產生電流，由此揭開了微生物燃料電池研究的序幕。微生物燃料電池微生物學與燃料電池技術相結合的產物，是一個能夠實現能量轉換成電能的裝置，利用微生物作為催化劑直接從可降解有機物中提取電能，既能有效地處理有機廢棄物，也能夠產生電能，是未來理想的廢棄物資源化和產電的重要工藝。

在微生物燃料電池運行的整個過程中，起著決定性作用的是電子在陽極上的傳遞，陽極材料本身的性質直接影響到電子是否能快速地附在陽極上并將電子順利地傳遞給陽極，所以選擇具有優良性能的陽極材料以及陽極材料的改良對提高微生物燃料電池的產電性能具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提出一種電池最大功率密度大、性能良好、制備方法簡單的高效微生物燃料電池，本發明還提出該電池的陽極催化劑及其陽極。

為了解決現有技術問題，本發明通過以下技術方案實現：

一種微生物燃料電池的陽極催化劑，所述催化劑為石墨烯/α-MoC復合材料。

所述催化劑中石墨烯與α-MoC的質量比為1:1。

本發明還提出了一種微生物燃料電池的陽極，包括導電基底及固化于該導電基底的催化劑層，所述催化劑層由上述催化劑混合5wt%的nafion溶液涂于導電基底上得到，所述導電基底為碳紙。

本發明還提出了一種微生物燃料電池，所述電池包括上述的陽極。

本發明還提出了一種微生物燃料電池的陽極催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

將石墨烯和α-MoC按質量比為1:1的比例放入瑪瑙研缽中混合，然后加入異丙醇調至糊狀，在瑪瑙研缽上將石墨烯和α-MoC的復合材料充分研磨分散，再加入5wt%的nafion溶液混合均勻，然后超聲分散40min，得到所述微生物燃料電池的陽極催化劑。

本發明還提出了一種微生物燃料電池的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）石墨烯/α-MoC復合材料的制備

將石墨烯和α-MoC按質量比為1:1的比例放入瑪瑙研缽中混合，然后加入異丙醇調至糊狀，在瑪瑙研缽上將石墨烯和α-MoC的復合材料充分研磨分散，再加入5wt%的nafion溶液混合均勻，得到石墨烯/α-MoC復合材料；

（2）微生物燃料電池陽極的制備

將碳紙依次在濃度為1mol/L的鹽酸、1mol/L的氫氧化鉀和蒸餾水中浸泡1h，然后將石墨烯/α-MoC復合材料均勻涂覆于碳紙上下表面，放在室溫下自然晾20~24h，接上銅線，并用環氧樹脂和固化劑密封接口，得到微生物燃料電池陽極，其中，石墨烯/α-MoC復合材料的負載量為6?mg/cm²；

（3）微生物燃料電池陰極的制備

將碳紙依次在濃度為1mol/L的鹽酸、1mol/L的氫氧化鉀和蒸餾水中浸泡1h，然后在碳紙的一面涂覆聚四氟乙烯防水層，另一面涂覆40wt%的?Pt/C催化劑，再將質子交換膜與涂有防水層和催化劑的陰極碳紙在115℃、1.1MPa的條件下熱壓2min，然后接上銅線，并用環氧樹脂和固化劑密封接口，得到微生物燃料電池陰極。

該方法還包括陽極液的制備，所述陽極液的制備方法如下：取10.0g碳酸氫鈉、11.2g磷酸氫二鈉、10.0g無水葡萄糖和5.0g酵母浸膏放入燒杯中，然后加入0.8707g的2-羥基-1，4-萘醌，攪拌均勻后在1000mL定容瓶中定容，得到陽極液。