[發明專利]一種用于沉積式微生物燃料電池的電氣石/二氧化錳復合陰極及其制備方法

有效

• 申請號: 201910814479.5
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110534760B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 邢德峰;李威;婁宇;房安然;朱家庚
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M8/16
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 田鴻儒

本發明公開了一種用于沉積式微生物燃料電池的電氣石/二氧化錳復合陰極及其制備方法，屬于微生物燃料電池領域。本發明要解決現有沉積式微生物燃料電池中陰極的造價較高，制作工藝復雜，產能效率不高的問題。本發明所述復合陰極是由活性炭層和電氣石/二氧化錳通過聚四氟乙烯(PTFE)粘合制成的。所得電氣石/二氧化錳復合陰極產能效果高，制造成本低廉，制備制作工藝簡易，耗費時間少，利于陰極的擴大化生產。

技術領域

本發明屬于微生物燃料電池領域；具體涉及一種用于沉積式微生物燃料電池(SMFC)的電氣石/二氧化錳復合陰極及其制備方法。

背景技術

近些年來，關于沉積式微生物燃料電池(SMFC)的研究也逐漸變多。研究發現，通過電極的介入，很多不同環境下的微生物可依附其建立起獨立的電化學系統，這種便捷的特點是微生物電化學體系得以較快進步的原因之一。對于SMFC，研究方向已不僅僅局限于產電功率高低，其對有機污染物治理方面也同樣獲得關注。SMFC其在環保領域具有一定的前景，主要有以下幾個原因：(1)在微生物降解去除有機污染物時，電極在其中充當一個安全綠色且可持續使用的電子受體或供體，且其方便安裝，還可回收利用；(2)治理過程中可隨時監控水質指標，并可根據情況隨時調整改變電化學參數等，具有良好的可控性；3)由于其工作特點，可以抑制水域中甲烷等溫室氣體的排放，具有重要意義。由于這些優勢較其他方法顯著，沉積式微生物燃料電池得以獲得大家廣泛的關注與長足的發展。

沉積式微生物燃料電池技術從誕生以來不斷發展，近年來隨著研究的深入，如碳紙、碳氈、不銹鋼網等廉價材料有逐步取代傳統電極材料碳布的趨勢，另外諸如活性碳粉、四甲氧基苯基卟啉鈷、二氧化錳等廉價催化劑也被證明可以代替傳統的昂貴金屬催化劑鉑，使得目前沉積式微生物燃料電池的造價已經大幅度降低，但對于產電效率和處理有機物還有很大的提高空間，有待繼續探究。另一方面，作為一項新興污水處理技術，反應器的擴大化是其實現實際應用前必須突破的技術瓶頸，就目前傳統的反應器結構而言，陰極結構過于復雜，制作耗時、費力，成為了反應器擴大化的限制性因素，因此圍繞陰極結構和制作的簡化研究也具有實際意義。

發明內容

本發明要解決現有沉積式微生物燃料電池中陰極的造價較高，制作工藝復雜，采用廉價材料產電效率不高的技術問題，而提供一種用于沉積式微生物燃料電池的電氣石/二氧化錳復合陰極及其制備方法。

首先，本發明提供一種用于沉積式微生物燃料電池的電氣石/二氧化錳復合陰極，所述復合陰極是由活性炭層和電氣石/二氧化錳通過聚四氟乙烯(PTFE)粘合制成的。

另外，本發明還提供上述用于沉積式微生物燃料電池的電氣石/二氧化錳復合陰極的制備方法，具體步驟是：

1)首先制作輥壓活性炭空氣陰極基板；

2)去二氧化錳和電氣石，混合，加入去離子水和聚四氟乙烯懸濁液，超聲分散，得到陰極材料；

3)將步驟2)得到的陰極材料均勻涂布在步驟1)所得的活性炭空氣陰極基板表面上，烘干，即得到用于沉積式微生物燃料電池的電氣石/二氧化錳復合陰極。

步驟1)所述輥壓活性炭空氣陰極基板，依次用丙酮、去離子水、乙醇超聲清洗，每種溶劑均清洗2～3次。

步驟2)所述二氧化錳與電氣石的質量比為(0.2～0.4):(0.1～0.2)。

步驟2)所述二氧化錳與加入的去離子水的質量/體積比為(0.1-0.2)g:(4-6)mL。

步驟2)所述聚四氟乙烯懸濁液的質量濃度為60％～80％wt。

步驟2)所述二氧化錳與加入的聚四氟乙烯懸濁液的質量/體積比為(0.1-0.2)g:(0.2-0.4)mL。

步驟2)所述超聲分散，超聲頻率在20～90KHz，分散處理8～10min。