[發明專利]一種用于微生物燃料電池的粘合劑、應用、陰極及微生物燃料電池

有效

• 申請號: 202011154514.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112490450B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 陳光;馬嘉露;申傳奇;張敏;金輝樂;王舜;李洋;豐秀娟
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/16;C08G73/02
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 朱海曉

本發明屬于微生物燃料電池領域，具體涉及一種用于微生物燃料電池的粘合劑、應用、陰極及微生物燃料電池。其中用于微生物燃料電池的粘合劑，具有含有羥基和十二烷基苯磺酸側基的聚苯胺聚合物。本發明所提供的含有羥基和十二烷基苯磺酸側基的聚苯胺聚合物，通過羥基和十二烷基苯磺酸側基的引入，使之可溶于乙醇但不溶于水，可用作電極催化劑的粘結劑，不僅具有抗污染性能，減少電極在電池長期運行過程中的受污染程度，而且其較好的導電性有利于在集流體和催化劑間形成電子傳輸通道，提高產電性能。

技術領域

本發明屬于微生物燃料電池領域，具體涉及一種用于微生物燃料電池的粘合劑、應用、陰極及微生物燃料電池。

背景技術

微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作原理是:在陽極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與質子結合成水。MFC中所使用的材料成本較高，限制其應用范圍，其中陰極由于使用了昂貴的鉑催化劑和Nafion(全氟磺酸樹脂)粘合劑溶液，因此陰極的成本在MFC中所占比例最高。

為了避免使用昂貴的含鉑催化劑，現有技術中已經開發了具有非貴重過渡金屬合金催化劑和碳基材料催化劑的陰極，與大多數其它碳基材料相比，商業活性炭由于其低成本和催化活性被認為是用于MFCs的Pt/C催化劑的有希望的替代品，并且基于活性炭(AC)的陰極也已被開發為通過將AC壓制或涂覆到鎳網或不銹鋼網集電器上來替代Pt/C電極，它們比碳布便宜且導電性更好。盡管這些基于AC的陰極的MFC具有與在碳布陰極上帶有鉑/炭黑(Pt/C)催化劑的電池MFC相媲美的最大功率密度和最大電池容量(CE)，但金屬網的腐蝕潛力降低了陰極的穩定性，限制其在MFC的應用。除催化劑外，聚合物粘合劑還起著影響陰極和MFCs性能的重要作用，因為活性催化劑通過聚合物粘合劑固定到集流體上。陰極在長期運行中隨著時間的推移，表面會逐漸出現結垢，由于污垢限制了電子轉移到陽極和質子轉移到陰極，或者可能導致陰極催化劑中毒，因此會導致其性能下降。因此，需要一種價格低、導電且防污的聚合物粘合劑用于制備具有更好性能且可長期穩定的MFC。

聚苯胺(PANI)具有合成簡單、較高的電導率以及較好的防污性能，被廣泛用于不同領域。但由于PANI鏈間具有很強的相互作用力以及苯環之間的剛性結構，從而導致其溶解性較低，阻礙了聚苯胺的廣泛應用，尤其是作為粘合劑，需要先與低沸點溶劑混合形成溶液或膠態，涂抹后溶劑揮發固化成型，因此聚苯胺(PANI)無法作為粘合劑應用于MFC中，目前也沒有相關的報道。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺點和不足，而提供一種用于微生物燃料電池的粘合劑、應用、陰極及微生物燃料電池。

本發明所采取的技術方案如下：一種用于微生物燃料電池的粘合劑，包含如下分子式的含有羥基和十二烷基苯磺酸側基的聚苯胺聚合物，

含有羥基和十二烷基苯磺酸側基的聚苯胺聚合物為以苯胺和鄰位和/或間位帶有羥基的苯胺作為單體，以十二烷基苯磺酸作為摻雜酸，在氧化劑的作用下聚合形成。

苯胺和鄰位和/或間位帶有羥基的苯胺中的羥基摩爾量為單體總摩爾量的10％-30％。

如上述的用于微生物燃料電池的粘合劑在微生物燃料電池中的應用。

一種微生物燃料電池陰極，包括陰極催化劑、如上述的用于微生物燃料電池的粘合劑、集流體，所述陰極催化劑通過如上述的用于微生物燃料電池的粘合劑固定在集流體上。

其中集流體可以是本領域技術人員所公知的各種集流體，如碳布/碳質、金屬網/金屬泡沫等，金屬網/金屬泡沫常見有鎳網、鎳泡沫、不銹鋼網等。