[发明专利]水平式水凝胶改性空气阴极、微生物燃料电池以及制法

说明书

本发明提供了一种水平式水凝胶改性空气阴极、微生物燃料电池以及制法，在有效降低成本的情况下，仍能够保持高的污水处理性能。本发明提供的微生物燃料电池，包括阳极和反应室，其特征在于，还包括：空气阴极，不含PTFE扩散层，采用交联型水凝胶材料作为阴极凝胶层，水平设置在反应室的顶部；和外电路，接通阳极和空气阴极，其中，反应室的内侧壁上设有交联型水凝胶材料形成的涂层，该涂层由下至上延伸至与阴极凝胶层相接触。

技术领域

本发明属于微生物燃料电池领域，具体涉及一种水平式水凝胶改性空气阴极、微生物燃料电池以及制法。

技术背景

随着环境污染和能源短缺的日益严重，微生物燃料电池被认为是未来处理污水和能源再生的重要技术之一。但对于实际应用来说，减少微生物燃料电池中使用阴极材料的成本以及选择一种快速简便的阴极制备方法是必不可少的。

相对于金属催化剂阴极来说，最理想的代替品是具有很高表面积的碳材料，如石墨颗粒和活性炭。活性炭是一种廉价的，多孔性材料，将其应用于空气阴极中作为催化剂表现出较高的催化活性及稳定的电化学性能。同时，电池反应器的扩大化应用以及污水处理的可行性实施在很大程度上取决于阴极的制备、性能及成本。但目前空气阴极上一般要附着PTFE扩散层，扩散层的采用大大提高了制作空气阴极的成本，进而提高了整个微生物燃料电池的成本，不利于微生物燃料电池的推广应用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种水平式水凝胶改性空气阴极、微生物燃料电池以及制法，在有效降低成本的情况下，还能够保持高的污水处理性能。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

微生物燃料电池

本发明提供一种微生物燃料电池，包括阳极和反应室，其特征在于，还包括：空气阴极，水平设置在反应室的顶部，不含PTFE扩散层，采用交联型水凝胶材料作为阴极凝胶层；和外电路，接通阳极和空气阴极，其中，反应室的内侧壁上设有交联型水凝胶材料形成的涂层，该涂层由下至上延伸至与阴极凝胶层相接触。

优选地，本发明提供的微生物燃料电池，还可以具有以下特征：在空气阴极中，阴极凝胶层的担量范围为3mg/cm²～15mg/cm²。

优选地，本发明提供的微生物燃料电池，还可以具有以下特征：交联型水凝胶材料为：氧化魔芋葡甘露聚糖/壳聚糖季铵盐、羟丙基壳聚糖/聚乙二醇、羟丙基壳聚糖/氧化海藻酸钠中的任意一种。

优选地，本发明提供的微生物燃料电池，还可以具有以下特征：反应室的涂层的浓度为阴极凝胶层浓度的2倍以上。

空气阴极

进一步，本发明还提供一种水平式水凝胶改性空气阴极，其特征在于：不含PTFE扩散层，而是采用交联型水凝胶材料作为阴极凝胶层。

优选地，本发明提供的水平式水凝胶改性空气阴极，还可以具有以下特征：交联型水凝胶材料为：氧化魔芋葡甘露聚糖/壳聚糖季铵盐、羟丙基壳聚糖/聚乙二醇、羟丙基壳聚糖/氧化海藻酸钠中的任意一种。

制备方法

更进一步，本发明还提供一种水平式水凝胶改性空气阴极的制备方法，其特征在于：将交联型水凝胶材料涂抹至不含PTFE扩散层的空气阴极上。

发明的作用与效果

本发明采用交联型水凝胶材料作为阴极凝胶层得到空气阴极，摒弃了本领域普遍采用但价格昂贵的PTFE扩散层，大大降低了制作空气阴极的成本，成本降低30％以上，并且在性能方面与传统空气阴极(采用PTFE扩散层)组成的MFC性能相当，成本低性能好非常适合推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的微生物燃料电池的实物图；