本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种以棉线为通道的微型微生物燃料电池及其制备方法。
背景技术
当前，全球性的能源缺口加大，能源危机问题日趋突出，寻求可再生能源是解决此类问题的一个途径。微生物燃料电池就是一种利用自然界中的微生物细菌作为生物催化剂，将有机物中的化学能转化转变为电能的装置。微生物燃料电池是一种以微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置，基本结构为阴极池和阳极池。目前，较为成熟的常规尺寸的微生物燃料电池由于产电效率低下在应用方面存在较大瓶颈，而微型微生物燃料电池因其内阻小，启动时间短，比传统的两室mfc具有更高的电子传递效率等优势而得到广泛关注。微型微生物燃料电池由于其体积小、产电量高而具有极为广阔的应用前景，有望在军事、国土安全及医学领域发挥重要的作用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种微型微生物燃料电池，目的之二在于提供一种微型微生物燃料电池的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种微型微生物燃料电池，所述电池以浸润有氧化剂溶液的棉线ⅰ作为阴极池，以浸润有菌液的棉线ⅱ作为阳极池，所述棉线ⅰ的一端被碳布ⅰ包裹并以导线ⅰ引出形成阴极，棉线ⅰ的另一端与所述棉线ⅱ的一端相互缠绕形成离子交换区，所述离子交换区被碳布ⅱ包裹并以导线ⅱ引出形成阳极，被碳布ⅱ包裹的离子交换区位于由绝缘板ⅰ和绝缘板ⅱ构成的密闭空间内。
进一步，所述棉线ⅰ和棉线ⅱ均经过等离子清洗处理。
进一步，所述棉线ⅰ的半径小于棉线ⅱ的半径。
进一步，所述棉线ⅰ和棉线ⅱ的半径均为1-2mm，长度均为8-15cm。
进一步，所述氧化剂溶液为浓度为0.05-0.2mol/l的铁氰化钾溶液，所述铁氰化钾溶液以浓度为0.01-0.1mol/l的pbs缓冲液为溶剂。
进一步，所述菌液为希瓦氏菌菌液，所述希瓦氏菌菌液中希瓦氏菌的浓度为108-109cfu/ml。
进一步，所述导线ⅰ和导线ⅱ均为钛丝。
进一步，所述离子交换区的长度为1.5-2.5cm。
进一步，所述碳布ⅰ的长度为1-1.5cm，碳布ⅱ的长度为1.5-2.5cm，碳布ⅰ和碳布ⅱ的宽度均为2-2.5mm。
2、所述的一种微型微生物燃料电池的制备方法，所述方法具体如下：
将棉线ⅰ的一端浸入氧化剂溶液中并以碳布ⅰ包裹后用导线ⅰ引出形成阴极，棉线ⅰ的另一端与棉线ⅱ的一端相互缠绕形成离子交换区，以碳布ⅱ包裹所述离子交换区并用导线ⅱ引出形成阳极，并将被碳布ⅱ包裹的离子交换区置于由绝缘板ⅰ和绝缘板ⅱ构成的密闭空间内，所述棉线ⅱ的另一端进入菌液中，即可。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种微型微生物燃料电池及其制备方法，该微型微生物燃料电池以浸润有氧化剂溶液的棉线ⅰ作为阴极池，以浸润有菌液的棉线ⅱ作为阳极池，将棉线ⅰ的一端与棉线ⅱ的一端相互缠绕形成离子交换区，这种方式可以将流速对内阻的影响降到最小，后续以碳布进行包裹，为细菌生长附着离子交换提供了场所。并且，该电池中两个电极的位置比传统器件更为贴近，有效的减小了电极距离，进一步降低了内阻。由于内阻变小，电极面积减少，且液体能够通过棉线自吸功能而能够持续供能，使得该微型微生物燃料电池的电流密度提高，并且有较长的持续时间。该电池制备工艺简单，原材料易得，价格低廉，适合工业化生产。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所制备的微型生物燃料电池组成电池组的结构示意图；
图2为实施例1中所制备的微型微生物燃料电池碳布ⅱ的扫描电镜图；
图3为实施例1中所制备的微型微生物燃料电池电性能测试图；
图4为实施例1中所制备的微型微生物燃料电池的空白对照试验图；
图5为实施例1和对比实施例1中制备的微型微生物燃料电池的电流密度测试图；
图6为实施例1和对比实施例2中制备的微型微生物燃料电池的电流密度测试图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
制备一种微型微生物燃料电池
(1)配置菌液
将希瓦氏菌shewanellaoneidensiscn-32野生型为实验菌株(atcc700550)接种至lb液体培养基中，于30℃，220rpm条件下摇床培养12h，获得菌液，该菌液中希瓦氏菌的浓度为108cfu/ml，其中，lb液体培养基中蛋白胨的浓度为10g/l，酵母抽提物的浓度为5g/l，nacl的浓度为10g/l。
(2)电池组装
将半径为1.2mm，长度为10cm的棉线ⅰ和半径为1.5mm，长度为10cm的棉线ⅱ进行等离子清洗处理，然后将棉线ⅰ的一端浸入浓度为0.05mol/l的铁氰化钾溶液中并以长为1cm，宽为2mm的碳布ⅰ包裹后用钛丝(导线ⅰ)引出形成阴极，棉线ⅰ的另一端与棉线ⅱ的一端相互缠绕形成长度为2cm的离子交换区，以长为2cm，宽为2mm的碳布ⅱ包裹该离子交换区并用钛丝(导线ⅱ)引出形成阳极，并将被碳布ⅱ包裹的离子交换区置于由绝缘板ⅰ和绝缘板ⅱ构成的密闭空间内，棉线ⅱ的另一端进入细菌浓度为108cfu/ml的希瓦氏菌菌液中，即可，其中配制铁氰化钾溶液时以浓度为0.01mol/l的pbs缓冲液为溶剂。
组装后得到的电池示意图如图1所示，图中1为棉线ⅰ，2为棉线ⅱ，3为碳布ⅰ，4为碳布ⅱ，5为导线ⅰ，6为导线ⅱ，7为绝缘板ⅰ，8为绝缘板ⅱ。以扫描电镜对该微型微生物燃料电池中碳布ⅱ进行扫描，扫描结果如图2所示，其中图2中a为放大5000倍，图2中b为放大1000倍，由图2可知，棉线ⅱ上的细菌在碳布ⅱ上大面积附着，并且一段时间后，形成了菌膜，足以说明在交换区有源源不断的菌液供给，使离子交换能够持续较长的时间。
对上述制备的微型微生物燃料电池进行产电性能测试，测试外加负载电阻为5000欧姆，测试结果如图3所示，由图3可知，该微型微生物燃料电池的最大电流密度可达500ma/m2。
另外，在对该微型微生物燃料电池进行产电性能测试时，起初先将棉线ⅰ浸入浓度为0.01mol/l的pbs缓冲液中，一段时间后，再将棉线ⅰ浸入浓度为0.05mol/l的铁氰化钾溶液中，测试结果见图4，由图4可知，当将棉线ⅰ浸入浓度为0.05mol/l的铁氰化钾溶液后，电压突升，说明该电池产生的有效电压，是由离子交换引起的，而不是由器件本身的结构产生。
对比实施例1
与实施例1中的区别在于，棉线ⅰ的半径为1.5mm，棉线ⅱ的半径为1.2mm。
分别测试实施例1中制备的微型微生物燃料电池和对比实施例1中制备的微型微生物燃料电池的电性能，分别将两种电池的钛丝接出与万用表正负极对接，通过软件实时记录检测，测试结果如图5所示，由图5可知，两个电池的最大电流密度数值大小差异不大，但实施1中制备的微型微生物燃料电池达到高电流密度的时间更短，效果更好，说明当微型微生物燃料电池中阴极池半径小于阳极池半径时，电池达到高电流密度的时间更短，效果更好。
对比实施例2
与实施例1中的区别在于，将碳布ⅰ和碳布ⅱ分别替换为碳纤维。
分别测试实施例1中制备的微型微生物燃料电池和对比实施例2中制备的微型微生物燃料电池的电性能，分别将两种电池的钛丝接出与万用表正负极对接，通过软件实时记录检测，测试结果如图6所示，由图6可知，实施1中制备的微型微生物燃料电池的电流密度高于对比实施例2中制备的微型微生物燃料电池。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。