本发明专利技术公开了一种大面积微生物膜湿气发电装置及其制备方法与应用。一种微生物膜湿气发电装置，微生物膜湿气发电装置包括底部电极、复合微生物薄膜、顶部电极；复合微生物薄膜一个表面与顶部电极贴合连接，另一个表面与底部电极贴合连接；复合微生物薄膜含有电活性菌、导电剂、水性粘结剂。本发明专利技术的复合微生物薄膜包含电活性微生物菌液、导电剂和水性粘结剂，水性粘结剂的加入使大面积薄膜成膜性增加，薄膜表面整体形貌好，在空气干燥的情况下也不会发生皲裂，易于存储；加入导电剂有效提升了水伏装置的输出性能；本发明专利技术的微生物膜湿气发电装置具备高性能输出，并能够长时间维持，满足实际应用需要，适应多种应用场景。适应多种应用场景。
【技术实现步骤摘要】
一种大面积微生物膜湿气发电装置及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种大面积微生物膜湿气发电装置及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]近年来，依靠自然界的水蒸发或者水汽吸附到材料中而输出电能的水伏技术备受研究者关注，由于大气拥有几乎无穷尽和零污染的水蒸气资源，因此，水伏技术是一种具有重要发展潜力的能源转化方式。传统水伏技术主要依靠碳纳米管、石墨烯、蛋白纳米线等新兴材料，但因这些材料价格昂贵和制备复杂，水伏技术难以得到大规模的应用和发展。因此，微生物水伏技术的出现为传统水伏技术的发展提供了新思路。微生物水伏装置是通过利用电活性微生物菌制作生物膜来替代传统水伏吸湿材料的新型水伏装置。在当前相关研究中，微生物水伏技术已取得许多突破性成果，如《Power generation from ambient humidity using protein nanowires》(DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106361)中利用硫还原地杆菌制备蛋白纳米线薄膜，将生物膜与金属电极结合形成新型水伏装置，该生物膜水伏装置产生0.5V的开路电压、250nA的短路电流，电流密度约为17μA/cm2，但远远不能满足实际应用的需要。输出功率低、输出电流小是传统水伏技术发展的瓶颈，因此，如何提高水伏装置的输出功率、输出电流成为该领域亟待解决的问题。
[0003]为了增加输出电流，串并联装置是简单有效且常用的方法。但传统水伏多采用价格昂贵的新兴材料，制备方法复杂；如《Bioinspired Hierarchical Nanofabric Electrode for Silicon Hydrovoltaic Device with Record Power Output》(DOI:10.1021/acsnano.1c00891)制作了基于硅纳米线阵列(SiNWs)的水伏装置，该装置在SiNWs的背面涂上导电银涂层作为底部电极，将复合织物电极覆盖在SiNWs表面作为顶部电极。其中SiNWs的制备流程包括：(1)将单晶硅片用丙酮、乙醇和去离子水洗涤；(2)将洗涤后的硅片用5％HF水溶液在室温下腐蚀5min去除二氧化硅；(3)将硅片浸入4.8M HF和0.01M AgNO3组成的溶液中浸泡30至40s；(4)浸入4.8M HF和0.3M H2O2组成的蚀刻剂中，通过改变蚀刻时间制备不同长度的SiNW；(5)将SiNWs浸泡在硝酸溶液中，溶解多余的银；(6)用去离子水冲洗并干燥。上述SiNWs的制作流程复杂，并且材料成本较高。因此，寻找一种价格低廉、制备过程简单并且能够有效提升输出性能的水伏装置对绿色能源发展和水伏技术的发展具有重大意义。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术存在水伏装置的输出功率、输出电流小的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种微生物膜湿气发电装置，本专利技术的目的之二在于提供这种微生物膜湿气发电装置的制备方法，本专利技术的目的之三在于提供这种微生物膜湿气发电装置的应用。
[0005]专利技术人发现，增加薄膜面积能够有效提高水伏装置的输出功率和电流大小，但随着制作面积的增加，薄膜成膜性降低，薄膜表面发生皲裂会导致产电功能失效，如何在保证
薄膜成膜性能的同时提高膜面积进而提高输出功率和电流大小是本专利技术要解决的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种微生物膜湿气发电装置，微生物膜湿气发电装置包括底部电极、复合微生物薄膜、顶部电极；复合微生物薄膜一个表面与顶部电极贴合连接，另一个表面与底部电极贴合连接；复合微生物薄膜含有电活性菌、导电剂、水性粘结剂。
[0008]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，复合微生物薄膜的面积为100
‑
10000cm2；进一步优选的，复合微生物薄膜的面积为100
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5000cm2。
[0009]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，复合微生物薄膜的厚度为5
‑
100μm；本领域技术人员可以根据实际使用的需求，合理调整复合微生物薄膜的厚度，使其获得相应的发电效率。
[0010]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，导电剂为碳纤维(VGCF)、碳纳米管(GNTs)、乙炔黑中的至少一种；进一步优选的，导电剂为乙炔黑。
[0011]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，水性粘结剂为聚四氟乙烯乳液(PTFE)、聚丙烯酸酯(PAA)、丁苯乳液(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)中的至少一种；进一步优选的，水性粘结剂为羧甲基纤维素；羧甲基纤维素(Carboxymethyl Cellulose，CMC)是一种白色粉末，溶于水后粘度高；专利技术人发现，在制备湿气发电装置时，在电活性菌液中加入适量的羧甲基纤维素和乙炔黑可以提高微生物膜湿气发电装置的输出功率和输出电流。
[0012]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，电活性菌为硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens PCA)、希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR
‑
1)中的一种；进一步优选的，电活性菌为希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR
‑
1)；电活性微生物(Electroactive microorganisms，EAMs)是自然界中广泛存在且可再生的生物资源，因其含有大量的含氧亲水基团和良好的导电性，因此具有很强的吸湿性能和电离性能。利用电活性微生物制备的薄膜，其内部含有大量的纳米空隙和含氧官能团，当薄膜接触空气中水分时，含氧官能团释放离子，离子定向流动使薄膜两端产生电信号。
[0013]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，底部电极的材料为ITO导电玻璃、钛、铁、铜、铝、金、银中的一种；进一步优选的，底部电极的材料为ITO导电玻璃、钛中的一种；本领域技术人员可以根据实际使用情况，合理选择其他导电材料。
[0014]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，顶部电极的材料为铜、铝、钛、金、银中的一种；进一步优选的，顶部电极的材料为铜、钛中的一种；再进一步优选的，顶部电极的材料为钛；本领域技术人员可以根据实际使用情况，合理选择其他导电材料。
[0015]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，顶部电极具有网孔结构；网孔结构的目数为10
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400目；进一步优选的，网孔结构的目数为50
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350目；再进一步优选的，网孔结构的目数为100
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300目；更进一步优选的，网孔结构的目数为150
‑
200目；本专利技术中所述的目数是以中国规格作为标准，即10目的孔径为2.00mm，本专利技术中的术语“目数”是指1平方英寸(25.4mm
×
25.4mm)面积上所具有的网孔个数，本领域技术人员可以根据实际使用情况对网孔目数进行合理调整。
[0016]优选的，这种微生物膜湿气发电装置，顶部电极面积小于底本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微生物膜湿气发电装置，其特征在于，所述的微生物膜湿气发电装置包括底部电极、复合微生物薄膜、顶部电极；所述的复合微生物薄膜一个表面与所述顶部电极贴合连接，另一个表面与所述底部电极贴合连接；所述的复合微生物薄膜含有电活性菌、导电剂、水性粘结剂。2.根据权利要求1所述的微生物膜湿气发电装置，其特征在于，所述的复合微生物薄膜的面积为100
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10000cm2。3.根据权利要求1所述的微生物膜湿气发电装置，其特征在于，所述的复合微生物薄膜的厚度为5
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100μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的微生物膜湿气发电装置，其特征在于，所述的导电剂为碳纤维、碳纳米管、乙炔黑中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的微生物膜湿气发电装置，其特征在于，所述的水性粘结剂为聚四氟乙烯乳液、聚丙烯酸酯、丁苯乳液、羧甲基纤维素中的至少一种。6.根据权利要求1
‑
3任一项所述的微生物膜湿气发电装...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡启昌，林秀钰，仇英儒，周顺桂，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：
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