用于柔性微生物燃料电池阴极及其它应用的膜制造技术

本发明专利技术提供了用作包装或用于微生物燃料电池的膜(10)包括具有高透氧性的聚合物的第一层(4)和由织造材料或非织造材料制成的第二支撑层(6)，其中这两层使用粘合剂，通过点层合和/或图案层合到一起。根椐所述应用，也可存在用作集流体层的第三层(8)。得自本发明专利技术的所述膜是一种半透膜，它是水密的并且是氧气可透过的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了用作包装或用于微生物燃料电池的膜(10)包括具有高透氧性的聚合物的第一层(4)和由织造材料或非织造材料制成的第二支撑层(6)，其中这两层使用粘合剂，通过点层合和/或图案层合到一起。根椐所述应用，也可存在用作集流体层的第三层(8)。得自本专利技术的所述膜是一种半透膜，它是水密的并且是氧气可透过的。【专利说明】用于柔性微生物燃料电池阴极及其它应用的膜
技术介绍
1.抟术领域 本专利技术涉及用于微生物燃料电池中的膜。 2.相关领域的描沭 微生物燃料电池（MFC)是使用细菌作为催化剂以氧化有机和无机物质并产生电 流的装置。在反应期间，细菌从这些底物中产生的电子流向阴极。利用这一概念开发了一 种新型废水处理工厂，其中水被纯化并且以副产物形式发电。 US2011/0229742公开了一种细菌燃料电池，其包括与待纯化液体接触的多个阳 极和多个阴极。所述多个阳极和多个阴极每个包括在电路中排列成跨负载的电联接的金属 电导体和至少在金属电导体与待纯化液体之间的导电涂层。导电涂层作用于互相密封液体 和电导体。 论丈"MicrobialFuelCellCathodeswithPoly(dimethylsiloxane)Diffusion LayersConstructedaroundStainlessSteelMeshCurrentCollectors"（FangZhang 等人，EnvironmentalScience&Technology，第 44 卷，N° 4, 2010,第 1490-1495 页，公布于 01/25/2010)公开了一种通过使用金属网电流收集器和廉价聚合物/碳扩散层制备微生物 燃料电池阴极的方法。在这篇论文中，作者围绕金属网自身构造阴极，而非将集流体加到阴 极材料如碳织物上，从而不需要碳织物或其它支撑材料。 为了使此类电池有效工作，作为电子收集过程中的重要元件的阴极（柔性基板形 式）必须具有以下特性： -允许所需量的氧气可供细菌使用； -具有非常低的表面电阻以用作导体； _持久地确保水密性。 本领域的技术人员将通常使用对氧气非常开放的聚合物膜，诸如聚二甲基硅 氧烷（PDMS)、聚苯醚（PP0)、聚甲基戊烯（PMP)和如论文"Permeationof02,Ar2and N2throughpolymermembranes"（K.Haraya和S.Huang，JournalofMembraneScience， 71 (1992) 13-27)所示的其它材料。这些膜用于从空气中分离氧气，并且因此一侧受压并且 从高压侧向低压侧发生扩散，空气/气体位于两侧。然而，使用MFC时，扩散从大气压下的 空气对另一侧的水压发生，其中存在氧气减少的情况，因为细菌在氧气存在时消耗氧气。 另一个重要的方面是能够制备这些膜的商业方法。使用PDMS将通常需要间歇方 法，因为它的室温硫化（RTV)或者甚至热活化固化需要至少15分钟来完成。在固化期间， 加入炭黑粉末以提供电导率。这排除了以卷对卷制程制备这种膜的可能性。 在现有技术中，加入炭黑的片材（织造材料或非织造材料）已经广泛地与Nafion 膜组合使用，或者已经涂覆有硅基材料（例如PDMS:聚二甲基硅氧烷）。提供表面区域（网、 织造材料、非织造材料）的所有形式的不锈钢也推荐带有硅涂层。然而，迄今为止大多数这 些用途受限于实验室规模的应用。 现有技术MFC的大多数缺点必须解决上述方法的商业化并且尤其受到电极的最 终成本的影响。这一应用的另一个缺点在于施用于开放结构（织造材料或非织造材料导 体）的涂层不是完全均匀的，导致涂层渗入结构空隙中。这引起厚度不同，导致不同的局部 氧气渗透性。在工业设备中，考虑覆盖lm至3m高度的电极结构，并且水位于导体侧。因为 不均匀和流体静力学水压，膜在空气侧存在不同程度的水渗漏。因此，达到在流向水侧的氧 气恒定速率，同时保持水不漏向空气侧之间的最佳平衡变得非常困难。 因此，仍需要提供改善的电极构造和电子-气体/收集-渗透系统，尤其是用于 MFC领域。
技术实现思路
本专利技术涉及用作包装或用于微生物燃料电池的膜，所述膜包括具有高透氧性的聚 合物的第一层和由非织造材料或织造材料制成的第二支撑层，这两层通过使用粘合剂点层 合和/或图案层合在一起。 【专利附图】【附图说明】 图1示出本领域状态的一个实施例。 图2示出根据本专利技术的膜的一个实施例。 【具体实施方式】 通过阅读以下【具体实施方式】，本领域的普通技术人员将更容易了解本专利技术的这些 和其它特征及优点。应当理解，为清楚起见，在不同实施例的上下文中描述的本专利技术的那些 某种特征也可在单个实施例中以组合方式给出。反之，为简化起见而在参照单个实施例的 上下文中描述的本专利技术的多个特征也可分别给出，或以任何子组合方式给出。此外，单数所 指的内容也可以包括复数（例如，"一"（a和an)可以指一个、或者一个或多个），除非上下 文特别地另外指明。 此处和下文中，术语"聚合物的第一层"可与术语"第一层"或"聚合物膜"互换使 用。 此处和下文中，术语"第二支撑层"可与术语"第二层"互换使用。 此处和下文中，术语"集流体层"可与术语"导电层"互换使用。 就本专利技术的目的而言，"高透氧性"应是指至少10000cm3/m2.天.atm的氧气透过 率，其根据ASTMF3985,在23°C和50%相对湿度下对于给定的材料厚度进行测量。 已知具有高透氧性的聚合物可用于制备薄膜并且随后使用适当的粘合剂将该膜 与适当的等同非织造材料层合，并且然后与集流体层层合（参见该【具体实施方式】中的下 文）。 通过本专利技术获得的另外的重要性能是基板的耐久性，诸如UV稳定性和化学稳定 性。对于这些特性，聚烯烃聚合物与其它聚合物如聚酯相比具有优点。就在水中长期运行 而言，聚酯将具有水解并变得化学不稳定的明显趋势，因此危及电池的持久连续功能。聚烯 烃非织造布的轻重量和高强度特性有助于形成高强度和自维持的膜。另一方面是聚烯烃非 织造布（第二层）的透气率必须高于聚合物膜（第一层）的透气率，以避免成为传质限制 层。 层合体包括例如点层合到PMP上的Tyvek?，并且形成膜，其也可用于涉及将氧气 传输于膜另一侧的微生物的任何方法，诸如遇到的多种发酵液。 根据本专利技术使用膜的示例性区域包括： -用于MFC、微生物电透析、水脱盐和产生氢气的空气阴极； -在生物化学反应器（优选地无导体）中的气升式反应器的替换； -需要高氧气通量或受控氧气通量的包装（带有集流体或无集流体）。 在各种实施例中，本专利技术涉及包装系统，其包括如本文所定义的膜或用于微生物 燃料电池的阴极，或者甚至包括如本文所定义的至少一个阴极的微生物燃料电池。 在一个实施例中，第一层可为PMP(聚甲基戊烯）。在另一个实施例中，膜的第一层 可具有介于5微米和15微米，优选地10微米之间的厚度。在另一个实施例中，支撑层可由 闪纺高密度聚乙烯纤维或熔纺聚丙烯制成，或者由任何聚丙烯-SMS(纺粘-熔喷-纺粘） 非织造材料或其它织造材料或非织造材料制成。 在另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜，包括：具有高透氧性的聚合物的第一层，和由织造材料或非织造材料制成的第二支撑层，其中这两层通过使用粘合剂点层合或者图案层合在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S雷博拉特，B比斯比斯，RD发尔龙，SR鲁斯蒂格，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US