[發明專利]一種三維旋轉空氣陰極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710302628.0
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107134585B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 陳水亮
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 南昌華成聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

1.一種三維旋轉空氣陰極，其特征在于，其由氧氣還原催化劑和圓柱形刷狀三維集流體構成，所述的氧氣還原催化劑負載在所述的三維集流體上；

其中，所述的氧氣還原催化劑是具有優異氧氣還原催化性能的材料，包括Pt/C、雜元素摻雜碳、活性碳、氮鐵摻雜碳、金屬氧化物或金屬硫化物；

所述的三維集流體的形狀是圓柱形、刷狀的，包括管刷或輥刷，具有較大的表面積；制備三維集流體刷纖維的材料具有導電、耐腐蝕的特征，包括碳、石墨、鈦、不銹鋼、銅、鎳或它們的復合材料中的一種；固定三維集流體刷纖維的基底材料也具有導電、耐腐蝕的特征，包括鈦、不銹鋼或鎳。

2.根據權利要求1所述的三維旋轉空氣陰極，其特征在于：所述的氧氣還原催化劑是雜元素摻雜碳、氮鐵摻雜碳或金屬氧化物。

3.根據權利要求1或2任一權利要求所述的三維旋轉空氣陰極的制備方法，其特征在于：將氧氣還原催化劑粉末與聚合物粘結劑溶液形成稀的漿液，再將刷狀三維集流體直接浸泡在漿液中，拿出烘干，即形成三維旋轉空氣陰極。

4.根據權利要求1或2任一權利要求所述的三維旋轉空氣陰極的制備方法，其特征在于：先通過氧化聚合法在三維集流體表面生長含雜元素的聚合物；然后，將負載含雜元素聚合物的三維集流體在氮氣氣氛中，900~1000℃下熱處理，形成三維旋轉空氣陰極。

5.根據權利要求1或2任一權利要求所述的三維旋轉空氣陰極的制備方法，其特征在于：通過水熱法在三維集流體上原位生長金屬氧化物，再經熱處理，形成三維旋轉空氣陰極。

6.根據權利要求1或2任一權利要求所述的三維旋轉空氣陰極的應用，其特征在于：所述的三維旋轉空氣陰極作為微生物燃料電池的陰極，用于污水處理；所述的三維旋轉空氣陰極以低速旋轉，氧氣從空氣中擴散到電極表面；所述的低速是指旋轉速率小于100轉/分。

7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于：所述的低速是指旋轉速率小于20轉/分。