一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法
【专利摘要】一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法，包括：配置聚乙烯（PE）溶液，将碳布浸入PE溶液中2-3h，取出用热风机烘干，然后放入煅烧炉中在350-380 ℃下煅烧15分钟；在炭黑和氯化银中加入硫酸溶液，搅拌15-20分钟，再加入PE溶液和异丙醇，在离心机中分离 5 分钟；在碳布的正面涂覆炭黑溶液，干燥后煅烧30-40 分钟；本发明的优点是本发明的制备方法制得的改性阴极的导电性得到明显提升。
【专利说明】一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法，属于微生物燃料电池【技术领域】。
【背景技术】
[0002]微生物燃料电池(MFCs)是一种利用微生物作为催化剂，将燃料中的化学能直接转化为电能的生物反应器；近年来MFCs的研宄内容在广度和深度上均有显著提升，在微生物、系统构型与材料等方面接连取得了重大发现和技术突破，特别是在微生物电子传递机制、系统输出功率、低成本高性能电极及其催化材料方面取得了长足进步；在1?0微生物方面，GeoAacieraceae和希瓦氏菌属是MFC最常见的优势菌株，其他还包括γ _proteobacteria > β -proteobacteria^RAizobiales 以及 C/iasirit/ia，近年来筛选自海洋环境的MFC菌株也逐渐增多，并表现出良好的应用前景；在系统构型方面，已开发了包括平板式、立方式、上升流式、瓶式、管式、旋转阴极式等形状多样、特点不同的MFC反应器，并就电极间距、阴阳极表面积比的优化方面开展了诸多卓有成效的研宄，显著提高了系统的输出功率；在材料方面，基于碳材料的碳纸、碳布、碳粒、碳纤维、碳毡、碳网和离子交换膜等阴阳极材料及其改性，以及低成本催化剂的研制，配以合理的MFC反应器，已使输出功率和库仑效率有了显著的提升；通过这些技术改进和开发，MFCs应用研宄目前主要集中在产电和废水处理结合的MFC技术、用于远程监测仪器能源的MFC技术和用于生物修复的MFC技术等几个方面。
[0003]虽然微生物燃料电池(MFCs)在污染环境处理、产电等多个领域有着良好的应用前景，但现有的微生物燃料电池的导电性通常较低，往往需要较大的导电电流和电压才能获得预期的效果，其功率损耗较大，而不同阴极材料与结构的选择和设计对于MFCs的产电能力和去污效果有重要的影响；为了解决上述困难，需要开发一种可以提升阴极导电性的微生物燃料电池复合阴极的制备方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种可以提升阴极导电性的微生物燃料电池复合阴极的制备方法。
[0005]本发明主要解决的技术问题是现有制备方法获得的阴极的导电性不能满足要求。
[0006]为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是:
一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法，包括以下步骤:
(1)配置聚乙烯(PE)溶液，将碳布浸入PE溶液中2-3h，取出用热风机烘干，然后放入煅烧炉中在350-380 °C下煅烧15分钟；
(2)在炭黑和氯化银中加入硫酸溶液，搅拌15-20分钟，再加入PE溶液和异丙醇，在离心机中分尚5分钟；在碳布的正面涂覆炭黑溶液，干燥后煅烧30-40分钟；
(3)在碳布的反面涂覆PE溶液，风干后进行煅烧，重复多次形成多层PE薄膜层，干燥后即可获得集电材料；
(4)将碳布剪裁为5*10cm的长方形，称量60 mg碳黑粉末，装入10 mL离心管中，加入600μ? PE溶液，再加入8-10个玻璃珠，使用振荡器振荡均匀30秒；
(5)用画笔刷轻轻地将碳黑溶浆均匀地涂布到碳布上，涂布完成后，在空气下自然风干至少2小时；
(6)将碳布置于温度恒定在370°0的马弗炉中加热25 min，热处理完成后取出，冷却至室温;
(7)用画笔刷将PE溶液均匀地涂布在己经涂布了碳基层一侧的碳布上，在空气下风干10 min，必要时可以使用吹风机，直至PE层完全变成白色；
(8)将碳布放到370°0恒温的马弗炉内，加热15 min，使PE层固化，加热完成后取出，冷却至室温，PE层变为灰白色；重复以上步骤，直至PE层涂完多层为止；
(9)用模具和锤子将碳布加工成圆形，直径为4cm ；
(10)每个阴极称取65mg 10%钼碳，放入10 mL离心管内，加入60μ?的去离子水和6_8个玻璃珠，振荡器振荡30秒；
(11)加入450μ?浓度为5%的Naf1n溶液和200μ?高纯异丙醇，振荡器振荡30秒；
(12)用画笔刷均匀涂布催化层于碳布碳基层和扩散层的另一侧，涂布完成后自然风干至少24小时，干燥后即可获得复合阴极。
[0007]所述复合阴极的结构由扩散层、碳基层、集电材料和催化层组成，其中碳布作为集电材料，碳基层进一步增强碳布的导电性能，扩散层实现防水和控制氧气两个重要功能，氧气从扩散层穿过碳布到达催化层，在催化剂作用下还原为水，完成阴极半反应。
[0008]所述ΡΕ溶液的质量百分比浓度为35%，煅烧温度为370 V。
[0009]本发明的优点是:相较于现有技术，本发明的制备方法制得的复合阴极的导电性得到明显提升，导电性较高，不需要较大的导电电流和电压就能获得预期的效果，其功率损耗较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法结构示意图；
图中:1、扩散层 2、碳基层 3、集电材料 4、催化层。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
[0012]实施例一:
第一步:集电材料3制备:
配置10%聚乙烯(ΡΕ)溶液，将碳布浸入ΡΕ溶液中2-3h，取出用热风机烘干，然后放入煅烧炉中在350 V下煅烧15分钟；在炭黑和氯化银中加入硫酸溶液，搅拌15-20分钟，再加入PE溶液和异丙醇，在离心机中分离5分钟；在碳布表面涂覆炭黑溶液，略干燥后煅烧30-40分钟；在碳布的另一个涂覆PE溶液，风干后进行煅烧，重复多次形成4层PE薄膜层，干燥后即可获得集电材料3;
第二步:碳基层2制备: 将碳布剪裁为5*10 cm的长方形，称量60 mg碳黑粉末，装入10 mL离心管中，加入600μ? 40% PE溶液，再加入8-10个玻璃珠，使用振荡器振荡均匀30秒，用画笔刷轻轻地将碳黑溶浆均匀地涂布到碳布上，涂布完成后，在空气下自然风干至少2小时，将碳布置于温度恒定在350°C的马弗炉中加热25 min，热处理完成后取出，冷却至室温；
第三步:扩散层I制备:
用画笔刷将60% PE溶液均匀地涂布在己经涂布了碳基层2—侧的碳布上，在空气下风干10 min，必要时可以使用吹风机，直至PE层完全变成白色，将碳布放到350 °0恒温的马弗炉内，加热15 min,使PE层固化，加热完成后取出，冷却至室温，PE层变为灰白色，重复以上步骤，直至PE层涂完6层为止，用模具和锤子将碳布加工成圆形，直径为4cm ;
第四步:催化层4制备:
每个阴极称取65 mg 10%钼碳(Pt/C，载钼量为0.5 mg/cm2)，放入10 mL离心管内，加入60μ?的去离子水和6-8个玻璃珠，振荡器振荡30秒，加入450μ?浓度为5%的Naf1n溶液和200μ?高纯异丙醇，振荡器振荡30秒，用画笔刷均匀涂布催化层4于碳布碳基层2和扩散层I的另一侧，涂布完成后自然风干至少24小时。
[0013]实施例二:
第一步:集电材料3制备:
配置50%聚乙烯(PE)溶液，将碳布浸入PE溶液中2-3h，取出用热风机烘干，然后放入煅烧炉中在370 0C下煅烧15分钟；在炭黑和氯化银中加入硫酸溶液，搅拌15-20分钟，再加入PE溶液和异丙醇，在离心机中分离5分钟；在碳布表面涂覆炭黑溶液，略干燥后煅烧30-40分钟；在碳布的另一个涂覆PE溶液，风干后进行煅烧，重复多次形成6层PE薄膜层，干燥后即可获得集电材料3;
第二步:碳基层2制备:
将碳布剪裁为5 X 10 cm的长方形，称量60 mg碳黑粉末，装入10 mL离心管中，加入600μ? 50% PE溶液，再加入8-10个玻璃珠，使用振荡器振荡均匀30秒，用画笔刷轻轻地将碳黑溶浆均匀地涂布到碳布上，涂布完成后，在空气下自然风干至少2小时，将碳布置于温度恒定在370°C的马弗炉中加热25 min，热处理完成后取出，冷却至室温；
第三步:扩散层I制备:
用画笔刷将50% PE溶液均匀地涂布在己经涂布了碳基层2 —侧的碳布上，在空气下风干10 min，必要时可以使用吹风机，直至PE层完全变成白色，将碳布放到370 °0恒温的马弗炉内，加热15 min,使PE层固化，加热完成后取出，冷却至室温，PE层变为灰白色，重复以上步骤，直至PE层涂完4层为止，用模具和锤子将碳布加工成圆形，直径为4cm ;
第四步:催化层4制备:
每个阴极称取65 mg 10%钼碳，放入10 mL离心管内，加入60μ?的去离子水和6-8个玻璃珠，振荡器振荡30秒，加入450μ?浓度为5%的Naf1n溶液和200μ?高纯异丙醇，振荡器振荡30秒，用画笔刷均匀涂布催化层4于碳布碳基层2和扩散层I的另一侧，涂布完成后自然风干至少24小时。
[0014]所述复合阴极的结构由扩散层1、碳基层2、集电材料3和催化层4组成，其中碳布作为集电材料3，碳基层2进一步增强碳布的导电性能，扩散层I实现防水和控制氧气两个重要功能，氧气从扩散层I穿过碳布到达催化层4，在催化剂作用下还原为水，完成阴极半反应。
[0015]根据实验结果验证，相较于现有技术，本发明的制备方法制得的复合阴极的导电性得到明显提升。
【权利要求】
1.一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法，其特征是，包括以下步骤: (1)配置聚乙烯(PE)溶液，将碳布浸入PE溶液中2-3h，取出用热风机烘干，然后放入煅烧炉中在350-380 °C下煅烧15分钟； (2)在炭黑和氯化银中加入硫酸溶液，搅拌15-20分钟，再加入PE溶液和异丙醇，在离心机中分尚5分钟；在碳布的正面涂覆炭黑溶液，干燥后煅烧30-40分钟； (3)在碳布的反面涂覆PE溶液，风干后进行煅烧，重复多次形成多层PE薄膜层，干燥后即可获得集电材料(3)； (4)将碳布剪裁为5*10cm的长方形，称量60 mg碳黑粉末，装入10 mL离心管中，加入600μ? PE溶液，再加入8-10个玻璃珠，使用振荡器振荡均匀，30秒； (5)用画笔刷轻轻地将碳黑溶浆均匀地涂布到碳布上，涂布完成后，在空气下自然风干至少2小时； (6)将碳布置于温度恒定在370°0的马弗炉中加热25 min，热处理完成后取出，冷却至室温; (7)用画笔刷将PE溶液均匀地涂布在己经涂布了碳基层(2)—侧的碳布上，在空气下风干10 min，必要时可以使用吹风机，直至PE层完全变成白色； (8)将碳布放到370°0恒温的马弗炉内，加热15 min，使PE层固化，加热完成后取出，冷却至室温，PE层变为灰白色；重复以上步骤，直至PE层涂完多层为止； (9)用模具和锤子将碳布加工成圆形，直径为4cm ； (10)每个阴极称取65mg 10%钼碳，放入10 mL离心管内，加入60μ?的去离子水和6_8个玻璃珠，振荡器振荡30秒； (11)加入450μ?浓度为5%的Naf1n溶液和200μ?高纯异丙醇，振荡器振荡30秒； (12)用画笔刷均匀涂布催化层(4)于碳布碳基层(2)和扩散层(I)的另一侧，涂布完成后自然风干至少24小时，干燥后即可获得复合阴极。
2.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法，其特征是:所述复合阴极的结构由扩散层(1)、碳基层(2)、集电材料(3)和催化层(4)组成，其中碳布作为集电材料(3)，碳基层(2)进一步增强碳布的导电性能，扩散层(I)实现防水和控制氧气两个重要功能，氧气从扩散层(I)穿过碳布到达催化层(4)，在催化剂作用下还原为水，完成阴极半反应。
3.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池复合阴极的制备方法，其特征是:所述PE溶液的质量百分比浓度为35%，煅烧温度为370 0C。
【文档编号】H01M4/88GK104466200SQ201410774065
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】王世来, 王健鑫, 楼然苗 申请人:浙江海洋学院