專利名稱：一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物電化學(xué)系統(tǒng)電極開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法。
背景技術(shù)：
生物電化學(xué)系統(tǒng)，是一種融合了生物修復(fù)和生物產(chǎn)電的新技術(shù)，它能夠在處理污染物的同時收獲電能，因此受到廣泛的關(guān)注。隨著生物電化學(xué)系統(tǒng)和太陽能綜合利用技術(shù)研究的深入，將具有進(jìn)行光合作用功能的微生物應(yīng)用到生物電化學(xué)體系，產(chǎn)生了光生物電化學(xué)系統(tǒng)或生物光伏。光合微生物一方面利用光能進(jìn)行光解水獲得傳遞給電極的電子，另一方面通過代謝胞內(nèi)光合作用存儲的碳水化合物產(chǎn)生電子，為解決能源短缺問題提供了一條新途徑。目前光生物電化學(xué)系統(tǒng)功率輸出相對較低，圍繞產(chǎn)電機制、電極材料及反應(yīng)器設(shè)計等方面已經(jīng)展開了相關(guān)的研究以提高電池的性能。光生物電化學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)光生物電化學(xué)系統(tǒng)的區(qū)別在于接種光合微生物(藻、光合細(xì)菌)，光合微生物的光合作用強弱直接決定著光生物電化學(xué)系統(tǒng)的性能，光照強度是影響光合微生物光合作用的重要因素之一，故光生物電化學(xué)系統(tǒng)裝置透光性能直接影響到體系內(nèi)光合微生物光合作用，進(jìn)而影響電池的性能，電極作為生物電化學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，光合微生物在電極表明生長形成生物膜，電極的透光性能直接影響到其表面生長的光合微生物對光能的捕獲。ITO導(dǎo)電玻璃已廣泛應(yīng)用于光生物電化學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域，AlistairJM等通過將分別附著有Chlorella vulgaris，Dunaliella ter tioIecta兩株綠藻和Synechocystis sp.PCC6803, Synechococcus sp.WH5701 兩株藍(lán)藻生長的 ITO為陽極構(gòu)建光微藻生物電化學(xué)系統(tǒng)在沒有更新底物的條件下運行30多天，光生物電化學(xué)系統(tǒng)輸出的功率密度隨微藻的光合作用活性增強而升高。專利公開號為CN1509126A，發(fā)明名稱為“透明電極基板”的中國專利申請通過減少透明基板的結(jié)構(gòu)和厚度，有效提升外部量子效率。專利申請?zhí)枮?01010264665.5，發(fā)明名稱為“微生物燃料電池電極的修飾方法”的中國專利申請通過層層組裝正反電荷的殼聚糖和納米導(dǎo)電顆粒的方法幾條吸附ITO導(dǎo)電玻璃表面，修飾電極作為微生物燃料電池的陽極大大提高了微生物燃料電池的產(chǎn)電輸出。目前研究人員更多的關(guān)注于提高陽極的產(chǎn)電輸出性能和電極透光性方面的研究，在修飾改造電極的制作也是提高電池性能的同時，有必要提供一種操作簡單、可操作性強的電極制作方法提高電極透光和導(dǎo)電性能。

發(fā)明內(nèi)容
1、技術(shù)方案:本發(fā)明的目的是提供一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，提高生物電化學(xué)系統(tǒng)的光能利用效率，改善了光微生物燃料電池的產(chǎn)電輸出性能。2、具體的運用方法:本發(fā)明提供一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，特征在于所述方法以ITO導(dǎo)電玻璃為電極，通過橡膠墊固定，導(dǎo)線從導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電引出。所述一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，其特征在于導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電一側(cè)橡膠墊挖有與導(dǎo)電玻璃大小及厚度相仿的凹槽，便于ITO導(dǎo)電玻璃固定。所述一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，導(dǎo)線沿著橡膠墊凹槽中線位置布線一周，便于導(dǎo)線與ITO導(dǎo)電玻璃充分接觸。所述一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，其特征在導(dǎo)線采用鈦絲、銅絲、碳纖維。所述一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，其特征在于導(dǎo)線通過導(dǎo)電膠或?qū)щ娬辰Y(jié)劑與ITO玻璃導(dǎo)電一側(cè)相連，導(dǎo)電粘結(jié)劑由環(huán)氧樹脂、聚酰胺與導(dǎo)電碳黑三者等質(zhì)量混合制備。3、有益效果:本發(fā)明提供了一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制備方法，采用ITO導(dǎo)電玻璃作為電極材料，提高了生物電化學(xué)系統(tǒng)透光率，促進(jìn)了系統(tǒng)光合微生物光合作用；導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電一側(cè)橡膠墊挖有環(huán)形線槽，導(dǎo)線環(huán)形布置，增加了與導(dǎo)電玻璃的接觸；在粘合劑中加入了碳黑，減小了電極電阻。該透光電極制作方法提高生物電化學(xué)系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率的同時具有設(shè)計簡單，可操作性強，成本低廉等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明所述一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極示意圖。圖中標(biāo)示:1-1T0玻璃導(dǎo)電一側(cè)橡膠墊橡膠墊、2-電極槽、3-ΙΤ0電極、4-導(dǎo)線、5-1TO玻璃絕緣一側(cè)橡膠墊、6-圓孔。圖2為光合細(xì)菌在本發(fā)明制作透光電極生長形成菌膜。圖3為以本發(fā)明制作的透光電極為工作電極，0.2ν電壓下，光照對光合細(xì)菌三電極體系開路電位的影響圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，以下結(jié)合附圖對具體實施方式
加以說明。裝置實施例:本實施例一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法包括ITO玻璃導(dǎo)電一側(cè)橡膠墊橡膠墊(I)、ITO玻璃絕緣一側(cè)橡膠墊(5)和ITO電極(3)，導(dǎo)線(4);橡膠墊
(I)挖有導(dǎo)電玻璃厚度的電極槽(2)，導(dǎo)線布置于橡膠墊電極凹槽內(nèi)，通過導(dǎo)電粘合劑與導(dǎo)電玻璃固定并引出，ITO玻璃置于橡膠墊凹槽后，橡膠墊(5)蓋于ITO玻璃絕緣一側(cè)，通過粘合劑與橡膠墊(I)相粘，將ITO電極及導(dǎo)線固定，形成三明治結(jié)構(gòu)，橡膠墊(I)與橡膠墊橡膠墊(5)有圓孔(6)，便于制備的透明電極與其他組件通過螺絲固定組裝電池。實施例1:將制備好的透光電極置于亞克力板制成三電極電化學(xué)池充當(dāng)工作電極，三電極體系接種光合細(xì)菌，測試所制備電極的性能，以等面積的碳?xì)譃閷﹄姌O，Ag/AgCl(3M KCl)為參比電極；電解液為含光合細(xì)菌培養(yǎng)基，具體配方為(g/L):NaAc 3.0, NH4Cl
1.0，NaHCO3 1.0，酵母膏 1.0, KH2PO4 0.5，MgCl2 0.2，NaCl 2.0，三電極體系置于培養(yǎng)箱中，設(shè)置溫度為28°C,輸出電壓通過數(shù)據(jù)米集器(Model 27 integral series, KeithleyIntruments Inc USA)自動記錄到計算機中(5min/次)。經(jīng)過50h培養(yǎng)后,三電極體系開路電位(0CP，0pen Circuit Potential )為-0.43 v，照光后開路電位為-0.52 v (圖 2)。實施例2:取電極，PBS (7.08)洗三遍，加入適量2.5 %戊二醛4 °C固定12-24 h，PBS緩沖液(pH=7.08)洗三遍，梯度乙醇(50 %，70%，90%，100 %)脫水，超臨界流體干燥過夜。樣品粘貼到導(dǎo)電膠上，鍍金，掃描電鏡觀察，光合細(xì)菌在電極表面形成了一層厚厚的生物膜(圖3)。
權(quán)利要求
1.一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，特征在于所述方法以ITO導(dǎo)電玻璃為電極，通過橡膠墊固定，導(dǎo)線從導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，其特征在于導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電一側(cè)橡膠墊挖有與導(dǎo)電玻璃大小及厚度相仿的凹槽，便于ITO導(dǎo)電玻璃固定。
3.權(quán)利要求1所述的一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，導(dǎo)線沿著橡膠墊凹槽中線位置布線一周，便于導(dǎo)線與ITO導(dǎo)電玻璃充分接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，其特征在導(dǎo)線采用鈦絲、銅絲、碳纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法，其特征在于導(dǎo)線通過導(dǎo)電膠或?qū)щ娬辰Y(jié)劑與ITO玻璃導(dǎo)電相連。
6.權(quán)利要求5所述導(dǎo)電粘結(jié)劑由環(huán)氧樹脂、聚酰胺與導(dǎo)電碳黑三者等質(zhì)量混合制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物電化學(xué)系統(tǒng)透光電極的制作方法。其特征在于所述方法以ITO導(dǎo)電玻璃為電極，通過電極兩側(cè)橡膠墊固定，ITO導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電一側(cè)橡膠墊挖有電極大小凹槽以便固定電極及導(dǎo)線，導(dǎo)線沿橡膠墊凹槽分布一周，通過導(dǎo)電粘合劑與導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電一側(cè)相連。該方法制作的透明電極，導(dǎo)線與電極接觸緊密，避免了導(dǎo)電玻璃由于擠壓破碎，簡單有效，操作方便，可廣泛應(yīng)用于構(gòu)建光生物電化學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號G01N27/327GK103196972SQ20131013647
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者趙峰, 吳義誠, 關(guān)凱, 鄭越 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所