一种沉积物燃料电池阳极的制作方法

本实用新型属于环境与新能源技术领域，特别的涉及微生物燃料电池领域，具体的涉及一种沉积物燃料电池阳极。

背景技术：

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是在微生物的作用下将有机物中的化学能转化为电能的装置。沉积物微生物燃料电池(sediment MFC,SMFC)阳极包埋于沉积物中，产电微生物附着于阳极表面形成导电生物膜并利用沉积物中的有机物作为代谢底物进行产电及环境修复。

阳极材料的物理、化学性质是影响SMFC性能的重要因素。目前应用于SMFC的电极材料包括石墨毡、碳纸等材料。柔性材料在实验室规模的SMFC中可以较容易的包埋于沉积物中；而在实际应用中，由于水深不确定等因素导致此类材料，尤其是大面积电极包埋具有较大难度。石墨棒也是SMFC阳极材料之一。由于较强的机械强度，石墨棒可方便地插入到沉积物中。但是单根石墨棒所具有的表面积有限，难以提供较大的表面积供微生物附着。

中国专利CN 103401009 A，专利名称为一种沉积物型微生物燃料电池，公开了一种采用石墨板和石墨毡构成阳极的微生物燃料电池，正如前序所述采用的是石墨毡，且多层复合的阳极材料长时间在沉积物中容易造成复合层的脱开，从而影响电池的正常运作。

技术实现要素：

根据上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种机械强度较强的沉积物燃料电池阳极。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案在于：一种沉积物燃料电池阳极，它包括电流集流体，电流集流体的外周设有若干小孔，电流集流体的内部设有若干大孔，小孔设有导线，大孔设有石墨棒。其中，电流集流体选择机械强度较强且耐腐蚀的不锈钢板，不锈钢板板面成正方形，小孔位于正方形的四个角的位置，大孔位于正方形内部。

优选的是：所述的大孔呈矩阵形式分布。矩阵形式可以为2×2、3×3、4×4等，且位于正方形不锈钢钢板的中间位置，中心对称分布。

优选的是：所述石墨棒的一端通过石墨胶固定在大孔内部，可能保持石墨棒与不锈钢板之间良好的导电性能。导电石墨胶由石墨粉与改性丙烯酸酯粘结剂混合而成。

本实用新型的有益效果在于：

(1)不锈钢板和石墨棒具有较强的机械强度，可以避免传统多层复合的阳极因长时间浸泡而脱开的情况，造成阳极损坏；较强的机械强度可通过外加压力方便的将阳极插入到沉积物中，利于沉积物燃料电池在实际环境中的应用；

(2)可通过放大不锈钢板面积增加石墨棒数量提高阳极的总体表面积，利于构建大型的沉积物微生物燃料电池；

(3)不锈钢材料具有较强的耐腐蚀性和良好的导电性，非常适合海底运用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的电流集流体的结构示意图一；

图3是本实用新型实施例1的电流集流体的结构示意图；

图4是本实用新型实施例2的电流集流体的结构示意图。

图中，1-小孔；2-大孔；3-电流集流体；4-石墨棒。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

如图1-3所示的一种沉积物燃料电池阳极，它包括电流集流体3，电流集流体3的外周设有若干小孔1，电流集流体3的内部设有若干大孔2，小孔1设有导线，大孔2设有石墨棒4。其中，大孔2呈3×3矩阵形式分布。石墨棒4的一端通过石墨胶固定在大孔2内部。

具体的，以面积为25cm²(5cm×5cm)的不锈钢板为电流集流体3；不锈钢集流体3钻有9个直径为1cm的大孔2，且成矩阵形式分布，不锈钢集流体四角处钻有直径为1mm的小孔1。直径1cm、长10cm的石墨棒4为阳极材料。将5根石墨棒4插入到不锈钢集流体上直径为1cm的大孔2内，并通过导电石墨胶固定，同时保持石墨棒与不锈钢板之间良好的导电性能。导电石墨胶由石墨粉与改性丙烯酸酯粘结剂混合而成。直径为1mm的钛丝穿过不锈钢集流体四角、直径为1mm的开孔作为导线导出不锈钢板收集到的电子。

实施例2

与实施例1不同的是，将大孔呈5×5的矩阵形式分布，这样使得不锈钢钢板的面积也增大，根据需要选择石墨棒的个数及其固定位置，从而构建大型的沉积物微生物燃料电池。其余同实施例1。

应用实施例

以实施例1构建的矩阵型阳极运行了海洋SMFC。将取自青岛近海地区的海洋沉积物置于塑料容器中作为SMFC的细菌和有机物源，沉积物深度为15cm。将该发明所构建的矩阵型阳极用手按压入沉积物实现电极的掩埋；加入取自同一地点的海水作为电解液，深度为10cm。阴极采用宽3cm、长15cm、厚0.8cm的石墨毡；3条相同的石墨毡通过钛丝连接以提高阴极面积，防止阴极反应限制；上层海水中的溶解氧作为阴极反应的电子受体。为获得所构建SMFC的最大能量，外载电阻从2万欧姆降低到1千欧姆，并记录下个外阻下的电池电压。该矩阵型阳极使SMFC获得了68μW的最大能量。