[實用新型]一種微生物燃料電池復合陰極

有效

• 申請號: 201720763013.3
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN207368096U
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 周少奇;李猛;許明熠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;貴州科學院
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M8/16;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/052;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本實用新型公開了一種微生物燃料電池復合陰極。該復合陰極由一側至另一側，依次包括催化層、碳布層、碳基層和擴散層；所述催化層的材料為氧化石墨烯/氧化鎂復合材料、活性炭以及全氟磺酸的混合物。本實用新型利用氧化鎂/氧化石墨烯復合材料制備得到所述微生物燃料電池復合陰極。本實用新型結構緊湊，體積小，來源廣泛，價格較低，制備的復合陰極具有大的表面積、優秀的電導率和穩定的電子遷移，應用于微生物燃料電池中，成本較低，運行穩定，輸出功率較高，能廣泛應用于包括微生物燃料電池、鋰電池或超級電容器。

技術領域

本實用新型涉及生物電化學領域，具體涉及一種微生物燃料電池復合陰極。

背景技術

由于社會的快速工業化，化石燃料的使用和能源需求的差距正在不斷增大；況且，大規模化石燃料的使用必然會帶來嚴重的環境問題。

微生物燃料電池（Microbial fuel cell，MFC）作為一種有前景的生物電化學技術，能夠利用產電微生物作為生物催化劑降解有機廢水的同時產生電能。在MFC陽極的產電微生物氧化有機物產生電子和質子，電子通過陽極、外循環達到陰極，質子則通過質子交換膜到達陰極與電子受體氧氣發生反應產生電流。與傳統燃料電池相比，MFC能夠同時降解有機污染物和產電；具有陽極物料來源廣泛、反應條件溫和、安全環保等優點，是一種新型高效的技術，得到國內外學者的廣泛關注。

當前，MFC的構型有單室型、雙室型、平流型、上流式和管式，在這些MFC中，由于單室型MFC以空氣作為電子受體，有高的氧化還原電位、電子受體能夠不斷補充和性能優異等優點，因此單室MFC被廣泛選用作為規模化實驗的載體。

然而，由于諸多因素的制約，MFC的輸出功率仍舊很低，如陽極微生物的活性、陽極的密閉性、質子交換膜的選擇和電極的材料。但是陰極的材料的選擇成為了制約MFC產電的重要因素之一。通過在陰極適當的添加高活性的催化劑能夠大幅度提高輸出功率、顯著改善MFC的產電性能。其中金屬鉑及其復合物展現了優秀的電催化活性，但是其昂貴的價格，易化學腐蝕和對微生物的敏感性極大的限制了其規模化應用。采用廉價金屬氧化物與碳材料的復合產物代替金屬鉑是MFC陰極催化劑的研究重點。由于納米MgO有高的表面活性和顯著的催化活性且價格低廉，納米MgO已經被廣泛引用于超級電容器和催化劑領域。然而氧化鎂的導電性較差，通過使用簡單的方法與氧化石墨烯復合后能夠改善其導電能力。而具有二維結構的氧化石墨烯具備高的電導率、巨大的表面積、良好的化學穩定性和迅速的電子遷移性等優點。氧化石墨烯復合金屬材料由于良好的導電性、巨大的比表面積和極好的電子遷移性，成為MFC電極材料的最佳選擇。

實用新型內容

本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種微生物燃料電池復合陰極，以代替包括傳統貴金屬修飾的微生物燃料電池陰極，使MFC的產電性能得到提高，該微生物燃料電池復合陰極成本低廉，且制備方法工藝簡單。

本實用新型的目的通過如下技術方案實現。

一種微生物燃料電池復合陰極，由一側至另一側，依次包括催化層、碳布層、碳基層和擴散層；

所述催化層的材料由氧化石墨烯/氧化鎂復合材料、活性炭以及全氟磺酸構成。

進一步地，所述微生物燃料電池復合陰極的總厚度為0.62~0.77mm。

進一步地，所述催化層中，氧化石墨烯/氧化鎂復合材料、活性炭與全氟磺酸的質量比為1~1.5：10：0.51~0.60。

進一步地，所述催化層的厚度為0.05~0.08mm。

進一步地，所述碳布層的材料為碳布，碳布層的厚度為0.38~0.43mm。

進一步地，所述碳基層的材料為乙炔黑與聚四氟乙烯的混合物，其中，乙炔黑與聚四氟乙烯的質量比為1：8~11mg/mg。

進一步地，所述碳基層的厚度為0.11~0.14mm。