[发明专利]一种微生物燃料电池、阳极、阳极催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物燃料电池的制造领域，尤其涉及到用石墨烯/α-MoC复合材料作为微生物燃料电池阳极催化剂，并将该复合材料应用于微生物燃料电池的制造和产电。

背景技术

随着经济的飞速发展和人口的持续增长，地球的承载能力越来越受挑战，大规模的利用不再生资源及环境的污染直接威胁着人类文明的健康可持续发展，现能源环境的污染与能源的短缺已备受全世界各国的高度关注。

针对能源问题，早在1911年，英国植物学家Potter首先发现利用细菌产生电流，由此揭开了微生物燃料电池研究的序幕。微生物燃料电池微生物学与燃料电池技术相结合的产物，是一个能够实现能量转换成电能的装置，利用微生物作为催化剂直接从可降解有机物中提取电能，既能有效地处理有机废弃物，也能够产生电能，是未来理想的废弃物资源化和产电的重要工艺。

在微生物燃料电池运行的整个过程中，起着决定性作用的是电子在阳极上的传递，阳极材料本身的性质直接影响到电子是否能快速地附在阳极上并将电子顺利地传递给阳极，所以选择具有优良性能的阳极材料以及阳极材料的改良对提高微生物燃料电池的产电性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电池最大功率密度大、性能良好、制备方法简单的高效微生物燃料电池，本发明还提出该电池的阳极催化剂及其阳极。

为了解决现有技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种微生物燃料电池的阳极催化剂，所述催化剂为石墨烯/α-MoC复合材料。

所述催化剂中石墨烯与α-MoC的质量比为1:1。

本发明还提出了一种微生物燃料电池的阳极，包括导电基底及固化于该导电基底的催化剂层，所述催化剂层由上述催化剂混合5wt%的nafion溶液涂于导电基底上得到，所述导电基底为碳纸。

本发明还提出了一种微生物燃料电池，所述电池包括上述的阳极。

本发明还提出了一种微生物燃料电池的阳极催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

将石墨烯和α-MoC按质量比为1:1的比例放入玛瑙研钵中混合，然后加入异丙醇调至糊状，在玛瑙研钵上将石墨烯和α-MoC的复合材料充分研磨分散，再加入5wt%的nafion溶液混合均匀，然后超声分散40min，得到所述微生物燃料电池的阳极催化剂。

本发明还提出了一种微生物燃料电池的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）石墨烯/α-MoC复合材料的制备

将石墨烯和α-MoC按质量比为1:1的比例放入玛瑙研钵中混合，然后加入异丙醇调至糊状，在玛瑙研钵上将石墨烯和α-MoC的复合材料充分研磨分散，再加入5wt%的nafion溶液混合均匀，得到石墨烯/α-MoC复合材料；

（2）微生物燃料电池阳极的制备

将碳纸依次在浓度为1mol/L的盐酸、1mol/L的氢氧化钾和蒸馏水中浸泡1h，然后将石墨烯/α-MoC复合材料均匀涂覆于碳纸上下表面，放在室温下自然晾20~24h，接上铜线，并用环氧树脂和固化剂密封接口，得到微生物燃料电池阳极，其中，石墨烯/α-MoC复合材料的负载量为6 mg/cm²；

（3）微生物燃料电池阴极的制备

将碳纸依次在浓度为1mol/L的盐酸、1mol/L的氢氧化钾和蒸馏水中浸泡1h，然后在碳纸的一面涂覆聚四氟乙烯防水层，另一面涂覆40wt%的 Pt/C催化剂，再将质子交换膜与涂有防水层和催化剂的阴极碳纸在115℃、1.1MPa的条件下热压2min，然后接上铜线，并用环氧树脂和固化剂密封接口，得到微生物燃料电池阴极。

该方法还包括阳极液的制备，所述阳极液的制备方法如下：取10.0g碳酸氢钠、11.2g磷酸氢二钠、10.0g无水葡萄糖和5.0g酵母浸膏放入烧杯中，然后加入0.8707g的2-羟基-1，4-萘醌，搅拌均匀后在1000mL定容瓶中定容，得到阳极液。