[发明专利]基于复合纳米界面的微生物燃料电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别涉及一种新型微生物燃料电池的制备方法。

背景技术

20世纪50年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。许多人甚至预言：世界石油资源将要枯竭，能源危机将是不可避免的。如果不作出重大努力去利用和开发各种能源资源，那么人类在不久的未来将会面临能源短缺的严重问题。世界能源危机是人为造成的能源短缺。石油资源将会在一代人的时间内枯竭。它的蕴藏量不是无限的，容易开采和利用的储量已经不多，剩余储量的开发难度越来越大，到一定限度就会失去继续开采的价值。在世界能源消费以石油为主导的条件下，如果能源消费结构不改变，就会发生能源危机。煤炭资源虽比石油多，但也不是取之不尽的。代替石油的其他能源资源，除了煤炭之外，能够大规模利用的还很少。太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其他新能源也如是。因此，人类必须估计到，非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机，从而将注意力转移到新的能源结构上，尽早探索、研究开发利用新能源资源。否则，就可能因为向大自然索取过多而造成严重的后果，以至使人类自身的生存受到威胁。

 微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）提供了从可生物降解的、还原的化合物中维持能量产生的新机会。MFCs是一种以微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置。它利用微生物将化学能直接转变为电能，不受卡诺循环的限制，能量转化效率可达80%以上。与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功能上的优势。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的所有生物能处理，MFCs在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。第三，MFCs不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动地补充阴极气体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFCs具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。但是目前MFC的产电效率还很低，选择具有潜力的电极材料，对其进行表面修饰，解析电极材质和表面特性对微生物产电特性的影响，对提高MFC的产电能力具有十分重要的意义。

发明内容

技术问题： 针对现有微生物燃料电池存在的产电效率低的缺点，本发明提出了一种基于复合纳米界面的微生物燃料电池（MFC）的制备方法。相关复合纳米界面可作为微生物燃料电池（MFC）阳极，由于其修饰了具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应的纳米材料，因而有利于提高MFC阳极的比表面积以及微生物的附着，进而显著提高MFC的产电效率。

技术方案：本发明的一种基于复合纳米界面的微生物燃料电池制备方法包括阳极和阴极的制备，

其中阳极的制备方法为：

第一步，先清洗处理玻碳电极、ITO电极、碳纸或碳布电极；

第二步，将碳纳米管、金、二氧化钛的复合纳米颗粒超声分散于1-甲基-2-吡咯烷酮中，得到质量浓度为0.5mg/ml的复合纳米溶胶；

第三步，用微量进样器取4～10μL第二步制得的纳米溶胶，均匀滴涂于清洗处理过的玻碳电极、ITO电极、碳纸或碳布电极导电面，置于干燥器中晾干即得纳米自组装体系修饰电极；

阴极的制备方法为：

第一步，先清洗处理碳纸或碳布电极；

    第二步，将含铂5%的炭黑超声分散于DMF（N，N-二甲基甲酰胺）形成悬浊液；

第三步，将第二步所得悬浊液均匀涂在清洗处理过的碳纸或碳布电极导电面，并在室温下干燥24h即得掺铂电极；将前面所制备的修饰电极和掺铂电极分别作为微生物燃料电池的阳极和阴极。