[发明专利]一种VO2／S-AC泡沫镍空气阴极

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极，特别是一种VO₂／S-AC泡沫镍空气阴极。

背景技术

随着世界人口数的持续增加，人类日益受到能源资源不足以及环境恶化的影响，因此开发新能源得到广泛的重视，而利用可再生的生物质能发电是一种有效的手段。微生物燃料电池(Microbialfuelcells，MFC)作为一种利用微生物代谢产生电能的新方法，近年来受到更多人们的关注。它是一种利用微生物作为催化剂将化学能转变为电能的装置，微生物可以代谢有机物质，同时产生电能。但是，现有的微生物燃料电池普遍具有产电量低的缺点；同时现有技术中的阳极表面积一般较小，不利于微生物的大量附着，且催化效能适用面窄；现有技术中多采用铂作为阴极催化剂，虽然催化效果好，但是过于昂贵。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电极表面活化面积较大，增大微生物与电极表面间的静电作用，增加微生物吸附性，催化性能好，从而提高电量产量，并降低生产成本的一种VO₂／S-AC泡沫镍空气阴极。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种VO₂／S-AC泡沫镍空气阴极，通过以下步骤制备而成：

步骤一：按照质量比1:1将聚乙烯醇，聚四氟乙烯混合均匀后配制成浓度为10%的催化乳浊液，将VO₂与S-AC按照质量比2:1混合均匀，按照质量比1:3称取VO₂/S-AC混合物和催化乳浊液，将VO₂/S-AC混合物和催化乳浊液经过超声波混合40min，将混合溶液加热至65℃，持续搅拌2h破乳，得到催化层原料；

步骤二：通过压片机将泡沫镍压制成0.6mm的薄片，将催化层原料均匀地刮涂于泡沫镍上表面，随后在压力为70kPa，功率为100W的条件下微波反应5min，将薄片表面多余的粉末轻轻扫掉，得到覆有催化层的泡沫镍；

步骤三：用DMF将聚二甲基硅氧烷配置成浓度为10%的溶液，按照聚二甲基硅氧烷：炭黑质量比1:4向溶液中加入炭黑，混合均匀后，得到扩散层原料，将扩散层原料均匀涂抹在覆有催化层的泡沫镍下表面，涂抹厚度为0.1mm，随后放入干燥箱中在80℃的条件下烘干，得到VO₂/S-AC泡沫镍空气阴极。

由于采用了上述技术方案，VO₂/S-AC泡沫镍空气阴极，VO₂具有较高的氧化还原催化活性，将VO₂与S-AC混合作为催化层，利用化学反应将碳导电材料与催化剂构成复合材料，增加了电化学活性电位及表面积，能够使微生物燃料电池获得较好的产电性能，为了进一步降低微生物燃料电池阴极的生产成本，更贴近于微生物燃料电池的实际应用，选用价格相对便宜，电导率更高的泡沫镍作为集电体材料，在控制电极成本的前提下，获得更高的微生物燃料电池的产电效率。

本发明的一种VO₂／S-AC泡沫镍空气阴极，所述VO₂/S-AC泡沫镍空气阴极表面的VO₂/S-AC层呈纳米薄片状，所述VO₂/S-AC层的厚度为300nm。

由于采用了上述技术方案，本发明的阴极催化性能好，且钒的价格低于铂，降低了生产成本；两种催化剂复合后的外比表面积显著提高，活性位增加，VO₂在活性炭表面的形成微孔结构，大幅度增加了孔隙率，加快了物质传递。

本发明的一种VO₂／S-AC泡沫镍空气阴极，所述VO₂/S-AC泡沫镍空气阴极表面的聚二甲基硅氧烷与炭黑的负载量为6.25mg/cm²和1.56mg/cm²。

由于采用了上述技术方案，导电性能好，增加电极的电子传导速率。