[实用新型]空气阴极以及微生物燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及环境、材料、能源领域，具体地，本实用新型涉及用于处理中性介质的空气阴极以及用于处理中性介质的微生物燃料电池。

背景技术

环境问题与能源问题是当代社会发展面临的两大难题，净化污水的同时兼顾能源回收是污水处理技术面对的新挑战。微生物燃料电池是一种新兴的污水处理技术，能够在处理污水的同时将污染物中的化学能转化为电能，利用附着在阳极的产电微生物将污水中的有机物氧化，同时阴极接受电子完成氧还原反应。在微生物燃料电池的阴极中，空气阴极由于能够实现空气中氧气的直接扩散、传质，并节省了大量的曝气能耗而受到了广泛关注。

然而，目前用于微生物燃料电池的空气阴极以及微生物燃料电池的催化效率以及电池性能仍有待提高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

在本实用新型的第一方面，本实用新型提出了一种用于处理中性介质的空气阴极。具体地，该空气阴极包括：由氮掺杂碳形成的催化剂层；集电层；以及扩散层。由此，可以由该氮掺杂碳为该空气阴极提供具有成本低廉并且高效的催化效果，并且该空气阴极在微生物燃料电池的中性体系中也能够发挥较好的效果。

具体地，在该用于处理中性介质的空气阴极中，所述集电层形成在所述扩散层的一侧，所述催化剂层形成在所述集电层远离所述扩散层的一侧。由此，可以进一步提高该空气阴极的性能。

具体地，在该用于处理中性介质的空气阴极中，所述催化剂层形成在所述扩散层的一侧，所述集电层形成在所述催化剂层远离所述扩散层的一侧。由此，可以进一步提高该空气阴极的性能。

具体地，在该用于处理中性介质的空气阴极中，进一步包括：由不锈钢网形成的支撑层，所述支撑层形成在所述扩散层以及所述催化剂层之间。由此，可以为该空气阴极提供可靠的支撑。

具体地，在该用于处理中性介质的空气阴极中，所述集电层是由不锈钢形成的。由此，进而可以进一步提高该空气阴极的使用效果。

在本实用新型的第二方面，本实用新型提出了一种用于处理中性介质的微生物燃料电池。具体地，该微生物燃料电池包括：壳体，所述壳体中限定出反应空间；阳极；产电微生物，所述产电微生物形成在所述阳极的外表面；前面所述的空气阴极，所述空气阴极与所述阳极电连接。由此，可以降低该微生物燃料电池的阴极制备成本，并提高该燃料电池的使用效果。

具体地，在该用于处理中性介质的微生物燃料电池中，所述阳极为碳刷、碳布、碳纤维布或者颗粒活性炭形成的。由此，可以进一步节省该燃料电池的成本，并提高所述产电菌在阳极的附着能力。

具体地，该用于处理中性介质的微生物燃料电池，所述中性介质的pH值为pH值为4～9，优选地，所述pH值为6～8。由此，可以进一步提高该微生物燃料电池的使用效果。

附图说明

图1显示了根据本实用新型一个实施例的空气阴极的结构示意图；

图2显示了根据本实用新型另一个实施例的空气阴极的结构示意图；

图3显示了根据本实用新型又一个实施例的空气阴极的结构示意图；

图4显示了根据本实用新型一个实施例的用于处理中性介质的微生物燃料电池的结构示意图；

图5显示了根据本实用新型另一个实施例的用于处理中性介质的微生物燃料电池的结构示意图；

图6显示了根据本实用新型又一个实施例的用于处理中性介质的微生物燃料电池的结构示意图；

图7显示了根据本实用新型一个实施例的制备氮掺杂碳的流程示意图；

图8显示了根据本实用新型实施例的氮掺杂碳的比表面积(BET)测试结果以及X射线光电子能谱(XPS)测试结果图；

图9显示了根据本实用新型实施例的阴极半电池电流密度-阴极电势曲线图；

图10显示了根据本实用新型实施例的微生物燃料电池电流密度-功率密度曲线图；以及

图11显示了根据本实用新型实施例的微生物燃料电池输出功率稳定性测试结果图。

附图标记：

10：催化剂层

20：集电层

30：扩散层

40：支撑层

100：壳体

200：隔板

300：阳极

400：阴极

500：产电微生物

具体实施方式