[发明专利]微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件及制备方法与应用。所述微生物燃料电池和混合型超级电容器件的正极材料为PNCO_x纳米材料，负极材料为3DPG纳米材料。该柔性器件直接在柔性碳布载体上制备了PNCO_x纳米电极材料和3DPG纳米电极材料，提高了电极材料的比表面积，从而提升混合型超级电容器和微生物燃料电池的性能；此外，通过设定原位磷化的温度和时间，在NCO纳米材料表面引入的氧空位和磷酸根离子，增加NCO纳米材料的活性位点以及导电性，使得混合型超级电容器和微生物燃料电池的可逆容量、倍率性能及循环稳定性大幅度提升。该柔性器件可应用于电化学能源储存与转化技术领域。

技术领域

本发明属于电化学能量转化与存储一体化技术领域，尤其涉及一种微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件及制备方法与应用。

背景技术

随着世界人口的急剧增长和人类社会的不断发展，人们对能源的各种需求日益增长，传统的化石能源明显已不能满足未来社会对能源的各种需求。另外，随着电子技术的飞速发展、各种便携式电子产品的大量普及，人们对化学电源的需求不断增加、对其性能要求也不断提高。然而，风能、太阳能、地热能、海洋能等一系列的新型绿色能源往往存在着地区分布不均衡的问题，且通常需要将其转化为电能才方便使用。因此，实现新能源的深度开发和高效利用，发展高比能量、清洁、安全的化学电源体系成为社会发展的重要需求。

在各种各样的发电设备中，微生物燃料电池是一种通过生物氧化直接分解有机废物并同时产生电能的技术，具有很好的发展前景。然而，与其他能量转换器件相比，微生物燃料电池作为发电设备的输出功率密度相对较低，这是限制其实际应用的一个问题。而在储能方面，混合型超级电容器件以其功率密度高、寿命长、安全性好、能量密度适中等显著特点而备受关注。令人遗憾的是，目前的混合型超级电容器件受到正极材料数量的极大困扰。因此，高功率密度的微生物燃料电池和高能量密度的混合型超级电容器件迫切需要在高性能正极材料方面取得进一步的突破。而且，将微生物燃料电池和混合型超级电容器件集成到一个具有相同材料和结构的系统中，将非常有利于高功率输出的可再生能源的收集和储存。因此，急需开发一种高性能的微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件，以解决上述高功率输出的可再生能源的收集和储存的问题，实现能源转化与储存一体化的目的。

本发明的另一目的在于提供上述微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述的微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件的应用。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种微生物燃料电池与混合型超级电容器集成的柔性器件的制备方法，步骤如下：将微生物燃料电池与混合型超级电容器串联连接。

所述的微生物燃料电池的数量优选为一个以上。

所述的微生物燃料电池优选为单室微生物燃料电池，更优选为大小为4×5×5cm³的单室微生物燃料电池。

所述的微生物燃料电池优选由腔室、单面膜阴极、阳极、阳极液组成。

所述的腔室优选由聚甲基丙烯酸甲酯制造。

所述的阳极优选为3DPG阳极。

所述的单面膜阴极及3DPG阳极大小优选为4×4cm²。

所述的单面膜阴极的制备方法如下：将PNCO_x纳米材料利用热压方法紧贴到阳离子交换膜上，得到单面膜阴极。