一种用于微生物燃料电池的空气阴极及其制备方法

摘要

本发明属于微生物燃料电池技术领域，公开了一种用于微生物燃料电池的空气阴极及其制备方法，该空气阴极采用不同目数的双层金属网作为集电体，并采用复层涂压结合激光照射法制备气体扩散层和催化层，具体为先将超级电容活性炭粉末、尿素、PTFE乳液混合，并加热沸腾使其成为粘稠泥状物质后辊压成活性炭薄层；将活性炭薄层辊压固定与集电体中目数较小一侧，激光照射后得到催化层；导电炭黑与制备的PDMS溶液混合后分两次涂抹于集电体中目数较大一侧，静置风干后烘干得气体扩散层。本发明在三维结构的双层金属网集电体上，使用涂刷法制备气体扩散层，使用辊压法结合激光照射制作催化层，提高微生物燃料电池性能和稳定性，进一步降低成本。

主权项

一种用于微生物燃料电池的空气阴极，该空气阴极的集电体采用三维结构的金属网，其特征在于，采用复层涂压结合激光照射法制备气体扩散层和催化层，具体由以下制备方法得到：(1)两片不同目数的金属网按照反应器的尺寸裁剪，将裁剪后的两片金属网超声清洗并干燥后，均匀焊接为一体，制得空气阴极的集电体；(2)将超级电容活性炭粉末和尿素按照1：0～0.05的质量比混合，并加入异丙醇将其浸没，超声搅拌至充分分散；然后逐滴加入质量浓度为40％～60％的PTFE乳液，继续超声搅拌，使超级电容活性炭与尿素分散液和PTFE乳液混合均匀；其中，PTFE乳液与超级电容活性炭和尿素混合物的质量比为1:4.5～6；将混合均匀的液体放入恒温水浴中进行加热而使其保持沸腾状态，并不断进行搅拌，直至混合物成为能够用玻璃棒挑起的粘稠泥状物质；将上述粘稠泥状物质揉捏均匀，辊压成0.2～0.4mm厚度的活性炭薄层；(3)将步骤(2)得到的活性炭薄层平铺在步骤(1)所得集电体中较小目数一侧的金属网上，辊压固定至活性炭薄层与集电体总厚度为0.3～0.5mm后，置于功率为1～10W半导体激光器下照射，即可制得所需的空气阴极催化层；(4)按照10:1的质量比将硅油和固化剂混合，超声搅拌使其混合均匀后加入甲苯，制得质量浓度为8％～15％的PDMS溶液并继续超声搅拌；(5)按照1：3～4.5的质量比将导电炭黑放入步骤(4)得到的PDMS溶液中，超声搅拌使其混合均匀后，将上述均匀混合液涂抹于步骤(1)所得集电体中较大目数一侧的金属网上，静置风干后，涂抹第二层，静置风干后于干燥箱中烘干，即可制得空气阴极气体扩散层。