[发明专利]薄片型蓝藻光伏电池材料、制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种薄片型蓝藻光伏电池材料、制备方法和应用，其中薄片型蓝藻光伏电池材料依次包括蓝藻细菌涂层(1)、导电浆料层、吸水凝胶层(4)和镀铂碳材料层(5)；所述蓝藻细菌涂层(1)和导电浆料层构成电池材料的阳极；所述吸水凝胶层(4)构成基质层；所述镀铂碳材料层(5)构成电池材料的阴极，且通过吸水凝胶层(4)保持阳极与阴极隔离。与现有技术相比，本发明基于光合自养型蓝藻的生物光伏电池(BPV)可在不额外添加碳原料的情况下运行发电，通过有光照时的光合作用和无光照时含碳化合物氧化作用产生电子，更加绿色环保。

技术领域

本发明涉及生物光伏电池领域，尤其是涉及一种薄片型蓝藻光伏电池材料及制备方法和应用。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

目前国内外较多研究生物燃料电池是使用异养型细菌将有机碳底物转化为电能输出。传统的生物光伏电池装置含有较大型储液器，通过重力作用将细胞沉积至电极表面。这种方法有设备重量大和体积大、沉淀过程漫长等缺陷，极大地限制了技术的可拓展性和应用性。

同时微生物燃料电池因为上述技术瓶颈，亟需解决小型可穿戴电子设备的供电技术中三个问题：一、需要定期更换电池或充电，即使是通过NFC无线充电的方式，也使设备使用者的空间活动范围受到限制；二、电池本身在可穿戴设备中占据了大部分的重量，增加使用者的身体负担；三、现有电池的硬质材料不符合人体工程学上的合理性，造成使用者体感不适。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种薄片型蓝藻光伏电池材料及制备方法和应用，本发明基于光合自养型蓝藻的生物光伏电池(BPV)可在不额外添加碳原料的情况下运行发电，通过有光照时的光合作用和无光照时含碳化合物氧化作用产生电子，更加绿色环保。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本技术方案的第一个目的是保护一种薄片型蓝藻光伏电池材料，依次包括蓝藻细菌涂层、导电浆料层、吸水凝胶层和镀铂碳材料层；

所述蓝藻细菌涂层和导电浆料层构成电池材料的阳极；

所述吸水凝胶层构成基质层；

所述镀铂碳材料层构成电池材料的阴极，且通过吸水凝胶层保持阳极与阴极隔离。

进一步地，所述吸水凝胶层构成电池结构中的盐桥。

进一步地，所述蓝藻细菌涂层释放的电子能够通过导电浆料层的诱导，从阳极流出，经过用电设备，到达电池阴极。

进一步地，所述蓝藻细菌涂层由蓝细菌菌液浓缩而成。

进一步地，所述蓝细菌生物膜面积密度为10～150g/m²。

进一步地，所述导电浆料层包括吸水基质层和涂设于吸水基质层上的多壁碳纳米管导电浆料层。

进一步地，所述吸水基质层为纸张或高吸水性树脂材料。

进一步地，所述蓝藻细菌涂层外表面还包覆有透气性高分子薄膜。

本发明的第二个目的是保护一种上述薄片型蓝藻光伏电池材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备电池阴极，先使用nafion膜溶液与Pt/C铂碳催化剂混合，之后将混合物涂覆在碳纸或碳布上；

S2：将制备完成的电池阴极在室温下放置24小时以上；