[发明专利]微生物燃料电池阳极电极材料制备方法、微生物燃料电池阳极电极片以及微生物燃料电池

说明书

本发明涉及微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种微生物燃料电池阳极电极材料的制备方法、微生物燃料电池的阳极电极片以及微生物燃料电池。电池阳极材料的制备方法包括以下步骤：将包括PDDA、氯化钠以及石墨烯的原材料进行共混，其中，按原材料的质量百分比计，PDDA的添加量占原材料总质量的4.5wt％‑6.5wt％，氯化钠的添加量与石墨烯添加量的比值为2:1。本发明通过简单的共混即可实现石墨烯复合材料的制备，制备方法简单方便，容易操作，且得到石墨烯复合材料应用在微生物燃料电池时，可以保证其能具有较大的输出功率密度和电流密度，同时，本发明提供的制备方法可以应用于PDDA‑石墨烯复合材料的大批量生产，从而有利于石墨烯在微生物燃料电池中的推广应用。

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种微生物燃料电池阳极电极材料制备方法、微生物燃料电池阳极电极片以及微生物燃料电池。

背景技术

随着传统化石能源的日益减少，能源危机问题现今已成为全世界关注的热门话题，开发可持续发展的绿色新能源技术势在必行。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一类能够利用自然界中廉价易得的微生物作为生物催化剂来催化有机质燃料氧化而产生电能的新能源技术，其在废水处理、生物传感器、医疗设备等领域都具有巨大的潜在应用价值。MFCs的基本工作原理是：有机物作为燃料在厌氧的阳极室中被活性微生物氧化分解释放出质子和电子，其中，电子通过电子中介体或者直接传递到阳极上，再通过含有负载的外电路最终到达阴极的电子受体上，而质子则通过质子交换膜传递至阴极，电子和质子在阴极电子受体的作用下发生反应，从而形成闭合回路产生电流。对MFCs性能会造成影响的因素主要有：电池构型、活性微生物的种类、质子交换膜种类、阳极材料种类、阴极电子受体的种类等，其中，MFCs的阳极材料作为活性微生物的附着场所，既要能够可以迅速地从活性微生物催化剂中获取电子，又需要具有好的生物相容性和大的活性面积从而有利于活性微生物的大量附着，还需要具有良好的电子传导性从而能够快速地将电子传递到阴极电子受体上，所以阳极材料的性能对于MFCs的功率输出起着决定性的作用。

石墨烯作为一种二维碳材料，由于其良好的导电性和生物相容性近年来在MFCs领域被广泛关注，但是石墨烯材料由于层间范德华力的作用很容易形成二次堆叠，故目前，在使用石墨烯制备微生物燃料电池的阳极电极片时，，通常都会先采用溶剂热法或电化学原位剥离等方法对石墨烯进行改性以制备出石墨烯复合材料，然后再将制备好的石墨烯复合材料覆盖在电极基板上以形成阳极电极片，但是由于水热法及原位剥离法较为繁琐复杂，故不利于石墨烯材料在微生物燃料电池中的推广应用。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的石墨烯复合材料制备方法繁琐复杂，不利于石墨烯材料在微生物燃料电池中的推广应用，从而提供一种微生物燃料电池阳极电极材料制备方法、微生物燃料电池阳极电极片以及微生物燃料电池。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种微生物燃料电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：

将包括PDDA、氯化钠以及石墨烯的原材料进行共混，其中，按原材料的质量百分比计，所述PDDA的添加量占原材料总质量的4.5wt％-6.5wt％，所述氯化钠的添加量与所述石墨烯添加量的比值为2:1。

进一步的，所述PDDA的添加量占原材料总质量的5wt％。

进一步的，所述PDDA的分子量为400000–500000，在水中的质量分数为20wt％。

进一步的，所述共混包括以下步骤：

先将PDDA溶于去离子水中搅拌10-15min，再加入石墨烯与氯化钠进行超声共混30-45min，超声共混结束后经离心将上层浑浊液去除，经抽滤、洗涤、干燥后得到石墨烯复合材料。