[发明专利]一种微生物燃料电池空气阴极及其制备方法

权利要求书

1.一种微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在支撑层基体的一侧滴加PTFE乳液形成阴极的扩散层；

（2）将聚四氟乙烯乳液与去离子水混合，超声20~30min，然后搅拌2~5h，得到混合物A；然后向混合物A中加入十六烷基三甲基溴化铵，超声10~15min后，再继续搅拌2~3h，得到混合物B；然后向混合物B中再加入金属包覆碳粉，搅拌12~24h，得到分散均匀的浆料C；采用刮涂法将所述浆料C均匀涂覆到阴极支撑层的另一侧，使金属包覆碳粉的碳载量为1~3mg/cm²，红外干燥、加热干燥后得到空气阴极碳基层；

（3）将Pt/C催化剂加入去离子水中，超声10~15min，得到混合物D；然后向混合物D中加入无水乙醇、5wt%的Nafion溶液，搅拌8~10h，制得浆料E；采用涂布法将浆料D均匀涂覆到步骤（2）制得的空气阴极碳基层的一侧，使Pt/C催化剂的Pt的担载量为0.3~2mg/cm²，红外干燥、真空加热干燥，即可；

所述金属包覆碳粉为碳粉与金属盐及硼氢化钠反应制得；

所述金属盐选自硝酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸银、硫酸亚铁、三氯化铁中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，所述金属包覆碳粉的制备方法，包括以下步骤：

（S1）将碳粉分散于去离子水中，将金属盐、硼氢化钠也分别溶解于去离子水中；

（S2）将金属盐溶液加入到碳粉水溶液中，超声处理0.5~1h；

（S3）将步骤（S2）制得的混合液置于50~60℃下搅拌，边搅拌边向其滴加硼氢化钠溶液，然后保温2~3h；

（S4）然后将混合物抽滤、洗涤、真空干燥，得到所述金属包覆碳粉。

3.根据权利要求2所述的微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，所述步骤（S1）中，碳粉、金属盐和硼氢化钠的质量比为0.5：（0.1~1）：（0.1~0.6）；每1g碳粉分散于50~100g去离子水中；每0.1~1g金属盐溶于40~80mL去离子水中，每0.1~0.6g硼氢化钠溶于20~40mL去离子水中。

4.根据权利要求1所述的微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述金属包覆碳粉、聚四氟乙烯乳液与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为7：3：（0.5~2）；所述聚四氟乙烯乳液的固含量为60wt%。

5.根据权利要求1所述的微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，Pt/C催化剂的Pt的负载量为20%。

6.根据权利要求1所述的微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，每1mg Pt/C催化剂加入0.8~0.9μL去离子水；每1mg Pt/C催化剂加入30~35μL无水乙醇；每1mg Pt/C催化剂加入6~7μL 5wt%的Nafion溶液。

7.根据权利要求1所述的微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，所述碳粉选自XC-72导电碳黑、乙炔黑、碳纳米管、氧化石墨中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的微生物燃料电池空气阴极的制备方法，其特征在于，所述阴极支撑层选自憎水化处理后的碳纸或碳布。

9.一种如权利要求1~8任一项所述的制备方法制得的微生物燃料电池空气阴极。