[发明专利]一种微生物燃料电池阳极、其制备方法及微生物燃料电池

说明书

本发明提供了一种微生物燃料电池阳极，包括载体和负载在载体上的纳米颗粒；所述纳米颗粒为碳纳米颗粒、氮掺杂的碳纳米颗粒、碳化钼纳米颗粒、碳化钨纳米颗粒或碳化镍钼纳米颗粒中的一种或几种；所述载体为棉织物、碳毡或碳布中的一种或几种。本发明的方法所制备的微生物燃料电池阳极材料具有良好的导电性、生物相容性、较大的比表面积以及粗糙的电极表面有利于微生物的附着，促进生物膜的形成和提高微生物燃料电池的功率密度。本发明还提供了一种微生物燃料电池阳极的制备方法及微生物燃料电池。

技术领域

本发明属于微生物燃料电池技术领域，尤其涉及一种微生物燃料电池阳极、其制备方法及微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池(MFCs)是微生物氧化有机物释放电子，并将电子传递到外电路形成回路的一种化学能转换为电能的新型装置。基于此种电化学系统，在处理污染物的同时又能产生电能，被认为是一种绿色环保技术，在能源、环境等领域引起大家广泛的关注。

MFCs作为绿色能源，尽管具有很多优势，与氢氧燃料电池功率密度相比还具有很大的差距。迄今为止，微生物燃料电池的研究正处于实验室或小试水平，在实际应用中电池输出功率比较低，MFC的最大功率密度还未能超过6W m^-2或者500W m^-3，然而单室的直接甲醇燃料电池(DMFC)可以在大气压力，温度60℃的条件下达到800W m^-2。但由于其产生的功率密度相比于其他的燃料电池较低，也就限制了它的产业化发展。如何去提高功率密度是现今此燃料电池的一大挑战。影响MFC输出功率密度的因素有很多，主要包括阳极和阴极的电催化剂，电解液，有机底物，操作温度，pH，电池的构型以及质子交换膜等。所有的影响因素中，阳极的电催化剂对MFC输出功率密度的影响最大，因为它直接涉及细菌和阳极的接触，决定着细菌的附着量，可以降低电化学反应的过电势，促进反应接近热力学平衡状态，以达到高能量效率的转换，获得大的功率密度。而且还关系着电子与电极之间的传递。因此，提高MFC电能输出的研究重点是阳极催化剂的选择，其对最终产电效率起着决定性的作用。选择具有潜力的阳极修饰材料，解析阳极表面特性对微生物产电特性的影响，对提高微生物燃料电池的产电能力具有重要的理论意义与应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微生物燃料电池阳极、其制备方法及微生物燃料电池，本发明中的微生物燃料电池具有良好的导电性、生物相容性、较大的比表面积以及粗糙的电极表面有利于微生物的附着，促进生物膜的形成和提高微生物燃料电池的功率密度

本发明提供一种微生物燃料电池阳极，包括载体和负载在载体上的纳米颗粒；

所述纳米颗粒为碳纳米颗粒、氮掺杂的碳纳米颗粒、碳化钼纳米颗粒、碳化钨纳米颗粒或碳化镍钼纳米颗粒中的一种或几种；

所述载体为棉织物、碳毡或碳布中的一种或几种。

优选的，所述纳米颗粒的粒径<100nm。

本发明提供一种微生物燃料电池阳极的制备方法，包括以下步骤：

A)将载体浸入改性材料溶液中，进行沉积；

所述改性材料溶液为氯化镍和钼酸铵的混合溶液、含有多巴胺的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液、苯胺溶液、含吡咯单体的溶液、钼酸铵溶液或钨酸铵溶液；

所述载体为棉织物、碳毡或碳布中的一种或几种；

B)将步骤A)中的产品干燥后进行煅烧，得到微生物燃料电池阳极。

优选的，所述三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液的浓度为5～20mmol/L。

优选的，所述苯胺溶液中苯胺的质量浓度为0.5～5％；

所述含吡咯单体的溶液中吡咯单体的质量浓度为0.5～5％。