[發明專利]纖維素基單室微生物燃料電池空氣陰極及其制備方法

有效

• 申請號: 201710087335.5
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106898792B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 吳敏;慈吉良;黃勇;曹春
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: H01M8/0234
• 分類號: H01M8/0234;H01M8/16;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

1.一種纖維素基單室微生物燃料電池空氣陰極，其特征在于，該空氣陰極的擴散層是由納米纖維素復合在基底上組成，所述納米纖維素是以天然纖維素為原料制得；所述基底的材料為碳布或碳紙；

所述單室微生物燃料電池空氣陰極通過以下步驟制成：

1)將天然纖維素和N,N-二甲基甲酰胺混合，纖維素固含量1％，將乙酰氯加入上述混合物中，所述乙酰氯和纖維素之間的摩爾比為1:0.1，將所有反應混合物進行盤磨，盤磨的同時伴隨著纖維素纖維表面上的羥基發生酯化反應，直至得到含有直徑在2～1000nm、長為10～100μm的納米纖維素懸浮液，

2)將基底材料裁成片，將抽濾裝置搭好，將裁好的基底材料置于濾膜上，

3)將納米纖維素懸浮液用二甲基甲酰胺稀釋5～15倍，倒入濾杯進行抽濾，

4)將二甲基甲酰胺抽濾完后，將基底材料從濾膜上揭下；

5)將基底材料下表面的纖維素納米纖維除凈，基底材料上表面的纖維素納米纖維薄膜保留完整，得到基底材料-纖維素納米纖維擴散層；

6)按每平方厘米擴散層用0.1～0.4mg Pt的配比，稱取Pt/C催化劑；

7)向Pt/C催化劑中加入去離子水、Nafion溶液和異丙醇的混合溶劑，并超聲15～40分鐘制備得到催化劑分散液；

8)將步驟7)得到的分散液用刷子均勻涂布在擴散層的沒有纖維素納米纖維薄膜的一面，干燥后得到單室微生物燃料電池空氣陰極。

2.根據權利要求1所述的空氣陰極，其特征在于，步驟5)中，將得到的薄膜置于真空烘箱中烘干，在60～80℃溫度下干燥10～15小時。

3.一種單室微生物燃料電池空氣陰極的制備方法，其特征在于，包括步驟：

1)將天然纖維素和N,N-二甲基甲酰胺混合，纖維素固含量1％，將乙酰氯加入上述混合物中，所述乙酰氯和纖維素之間的摩爾比為1:0.1，將所有反應混合物進行盤磨，盤磨的同時伴隨著纖維素纖維表面上的羥基發生酯化反應，直至得到含有直徑在2～1000nm、長為10～100μm的納米纖維素懸浮液，

2)將基底材料裁成片，將抽濾裝置搭好，將裁好的基底材料置于濾膜上，

3)將納米纖維素懸浮液用二甲基甲酰胺稀釋5～15倍，倒入濾杯進行抽濾，

4)將二甲基甲酰胺抽濾完后，將基底材料從濾膜上揭下；

5)將基底材料下表面的纖維素納米纖維除凈，基底材料上表面的纖維素納米纖維薄膜保留完整,得到基底材料-纖維素納米纖維擴散層；

6)按每平方厘米擴散層用0.1～0.4mg Pt的配比，稱取Pt/C催化劑；

7)向Pt/C催化劑中加入去離子水、Nafion溶液和異丙醇的混合溶劑，并超聲15～40分鐘制備得到催化劑分散液；

8)將步驟7)得到的分散液用刷子均勻涂布在擴散層的沒有纖維素納米纖維薄膜的一面，干燥后得到單室微生物燃料電池空氣陰極；

上述步驟中，所述基底材料為碳布或碳紙。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟2)所述濾膜為尼龍微孔濾膜，濾膜孔徑為0.2～1μm。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，相對于碳布面積，稀釋了的懸浮液體積為3～5mL/cm²；所述抽濾的真空度為-0.1～1.0Mpa。

6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟7)中，根據Pt/C催化劑的用量按照以下配比加入溶劑:0.80～0.85μL mg^-1的去離子水,6.5～6.8μL mg^-1的Nafion溶液和3～4μL mg^-1的異丙醇；所述Nafion溶液的含量為5～10wt％。

7.含有權利要求1所述的單室微生物燃料電池空氣陰極的單室微生物燃料電池。