[发明专利]一种三维旋转空气阴极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三维旋转空气阴极，其特征在于，其由氧气还原催化剂和圆柱形刷状三维集流体构成，所述的氧气还原催化剂负载在所述的三维集流体上；

其中，所述的氧气还原催化剂是具有优异氧气还原催化性能的材料，包括Pt/C、杂元素掺杂碳、活性碳、氮铁掺杂碳、金属氧化物或金属硫化物；

所述的三维集流体的形状是圆柱形、刷状的，包括管刷或辊刷，具有较大的表面积；制备三维集流体刷纤维的材料具有导电、耐腐蚀的特征，包括碳、石墨、钛、不锈钢、铜、镍或它们的复合材料中的一种；固定三维集流体刷纤维的基底材料也具有导电、耐腐蚀的特征，包括钛、不锈钢或镍。

2.根据权利要求1所述的三维旋转空气阴极，其特征在于：所述的氧气还原催化剂是杂元素掺杂碳、氮铁掺杂碳或金属氧化物。

3.根据权利要求1或2任一权利要求所述的三维旋转空气阴极的制备方法，其特征在于：将氧气还原催化剂粉末与聚合物粘结剂溶液形成稀的浆液，再将刷状三维集流体直接浸泡在浆液中，拿出烘干，即形成三维旋转空气阴极。

4.根据权利要求1或2任一权利要求所述的三维旋转空气阴极的制备方法，其特征在于：先通过氧化聚合法在三维集流体表面生长含杂元素的聚合物；然后，将负载含杂元素聚合物的三维集流体在氮气气氛中，900~1000℃下热处理，形成三维旋转空气阴极。

5.根据权利要求1或2任一权利要求所述的三维旋转空气阴极的制备方法，其特征在于：通过水热法在三维集流体上原位生长金属氧化物，再经热处理，形成三维旋转空气阴极。

6.根据权利要求1或2任一权利要求所述的三维旋转空气阴极的应用，其特征在于：所述的三维旋转空气阴极作为微生物燃料电池的阴极，用于污水处理；所述的三维旋转空气阴极以低速旋转，氧气从空气中扩散到电极表面；所述的低速是指旋转速率小于100转/分。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述的低速是指旋转速率小于20转/分。