一种压电燃料电池及其应用

技术领域

本发明涉及电极和电池技术领域，具体涉及一种压电燃料电池及其应用。

背景技术

快速的工业化和人口增长产生了一定量的有机废水，若将有机废水直接排出可能会带来严重的环境污染。然而，有机废水也是一种的化学能。据估计，全世界废水中化学能的储存量几乎可以满足全球三分之一的能源需求，因此，发展一种绿色高效回收废水中化学能的新技术是势在必行的。

燃料电池，是一种将储存在有机物中的化学能量转化为电能的发电装置，它被称为继水力发电，火力发电和原子能发电后的第四代高效发电技术。现有技术中常见的燃料电池用微生物燃料电池和光催化燃料电池，其分别利用微生物的生化反应和光能来驱动燃料电池的运行，但是微生物对于生存环境的pH值和污染物浓度要求较为严格，而光催化通常需要紫外光进行驱动，不适合大规模的应用。

压电材料，是一种能介导机械能和电能相互转化的半导体材料。压电催化技术，是以纳微压电材料为催化剂的一种新兴的、绿色高效的高级氧化技术，常用于有机污水的处理但是，随着对污染物的处理，污染物浓度的降低，故压电催化过程中难以实现化学能的回收和具有产电稳定的效果。因此，亟需开发一种既能够有效利用环境中的机械能，又能够有效利用有机污染物的化学能，发电稳定、适用范围广的燃料电池。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种电极及其制备方法；本发明的目的之二在于提供一种燃料电池及其应用。

本发明的发明构思：

本发明设计一种压电燃料电池，首先本发明通过将是将四方纳米相的t-BaTiO

该燃料电池的工作运行机制：先以超声波或搅拌等机械能激发压电燃料电池的阳极产生压电效应，并在无氧条件下驱动有机污染物氧化降解同时释放电子，而这些释放电子在压电场的驱动下通过外电路流向阴极，形成电流，从而实现同时压电效应稳定产电和有机污染物的降解(如图8所示)。目前，微生物燃料电池驱动力为生物能，光催化燃料电池驱动力为光能，此压电燃料电池与其它燃料电池的本质不同在于它的驱动力为机械能。机械能激发纳米压电催化剂产生压电位，驱动压电催化材料中载流子分离，并产生如下一系列氧化还原反应：

压电燃料电池的阳极反应(Vibration即振动激发，e表示电子，h表示空穴)：

h

2·OH+有机物→CO

2h

阴极反应：

O

·O

2H

由上述反应来看，本发明中的压电燃料电池可同时实现有机污染物的降解和化学能的回收。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种电极，包括：导电基底和固载在所述导电基底材料上的催化膜；

其中，所述催化膜包括颗粒状的四方相的BaTiO

优选地，所述导电基底的材料为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、碳、金属中的一种或多种。

进一步优选地，所述导电基底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、碳布、钛板、铜板、镍板中的一种或多种。

优选地，所述催化膜的厚度为0.05μm～0.60μm。

进一步优选地，所述催化膜的厚度为0.10μm～0.45μm。

优选地，所述电极的阻抗为90Ω～3000Ω。

进一步优选地，所述电极的阻抗为100Ω～400Ω。

优选地，所述四方相的BaTiO

具体地，所述四方相的BaTiO

优选地，所述颗粒状的四方相的BaTiO

进一步优选地，所述颗粒状的四方相的BaTiO

优选地，所述催化膜还包括SnO

进一步优选地，所述催化膜还包括Sb掺杂的SnO

优选地，所述Sb掺杂的SnO

优选地，所述Sb掺杂的SnO

优选地，所述Sb掺杂的SnO

进一步优选地，所述Sb掺杂的SnO

优选地，所述催化膜中的Sb掺杂的SnO

进一步优选地，所述催化膜中的Sb掺杂的SnO

优选地，所述电极中的催化膜的负载量为0.01mg/cm

优选地，所述电极中的催化膜的负载量为0.05mg/cm

具体地，以0.01mg/cm

第二方面，本发明提供一种电极的制备方法，包括以下步骤：

1)将立方相钛酸钡进行煅烧处理，得到四方相的BaTiO

2)将所述四方相的BaTiO

优选地，步骤1)所述立方相钛酸钡的X衍射谱图在2θ为44.5°～45.5°的位置上仅有1个特征峰。

具体地，所述立方相BaTiO

优选地，步骤1)所述煅烧处理的温度为400℃～600℃。

优选地，步骤1)所述煅烧处理是在空气气氛下进行的。

优选地，步骤1)所述煅烧的加热时的升温速率为5℃/min～12℃/min。

优选地，步骤1)所述煅烧处理的时间为1h～5h。

进一步优选地，步骤1)所述煅烧处理的时间为2h～4h。

优选地，步骤2)所述四方相的BaTiO

进一步优选地，步骤2)所述四方相的BaTiO

优选地，步骤2)所述粘合剂为聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸酯、质量分数为0.05％～5％的Nafion溶液中的一种或多种。

优选地，所述Nafion溶液中的溶剂为水和乙醇，其中，乙醇的体积分数为40％～60％。

优选地，步骤2)还包括干燥的步骤，且所述滴涂和干燥的步骤需要重复进行2～6次。

进一步优选地，步骤2)所述滴涂和干燥的步骤需要重复进行3～5次。

优选地，所述干燥的温度为80℃～110℃。

需要说明的是，步骤2)所述四方相的BaTiO

优选地，步骤2)所述滴涂的使用浆料的质量和待滴涂的导电基底的面积之比为0.05mL/cm

进一步优选地，步骤2)所述滴涂的使用浆料的质量和待滴涂的导电基底的面积之比为0.08mL/cm

第三方面，本发明提供一种电极的制备方法，包括以下步骤：

1)将立方相钛酸钡进行煅烧处理，得到四方相的BaTiO

2)将所述四方相的BaTiO

3)向四方相的BaTiO

4)将所述复合材料和粘合剂混合，滴涂在导电基底上，得到含催化膜的电极。

优选地，步骤1)所述立方相钛酸钡的X衍射谱图在2θ为44.5°～45.5°的位置上仅有1个特征峰。

具体地，所述立方相BaTiO

优选地，步骤4)还包括干燥、煅烧处理。

具体地，步骤4)中的煅烧处理是为了加固催化膜负载在导电基底上的固载的强度，同时，也能促进复合材料使得钛酸钡进一步转化为四方相的BaTiO

优选地，步骤1)、步骤3)和步骤4)所述煅烧的加热时的升温速率为5～12℃/min。

优选地，步骤1)、步骤3)和步骤4)所述煅烧处理的温度为400℃～600℃。

优选地，步骤1)、步骤3)和步骤4)所述煅烧处理是在空气气氛下进行的。

优选地，步骤1)和步骤4)所述煅烧处理的时间为1h～5h，步骤3)所述煅烧处理的时间为0.5h～2h。

进一步优选地，步骤1)和步骤4)所述煅烧处理的时间为2h～4h，步骤3)所述煅烧的时间为0.8h～1.5h。

优选地，步骤1)还包括研磨的步骤，且所述研磨的时间为20min～30min。

优选地，步骤2)所述四方相的BaTiO

进一步优选地，步骤2)所述四方相的BaTiO

优选地，步骤3)所述四方相的BaTiO

优选地，步骤3)所述SnCl

进一步优选地，步骤3)所述SnCl

优选地，步骤3)所述SnCl

进一步优选地，步骤3)所述SnCl

优选地，步骤3)所述四方相的BaTiO

进一步优选地，步骤3)所述四方相的BaTiO

优选地，步骤3)所述混合的具体操作为搅拌，且所述搅拌时间为0.5h～1.5h。

优选地，步骤3)所述碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。

进一步优选地，步骤3)所述碱为浓度为0.5mol/L～3mol/L的氨水。

优选地，步骤3)还包括沉淀的步骤。

具体，沉淀的步骤为加入碱后，用搅拌使得碱和体系中的盐充分水解、沉淀形成混合物前驱体，该前驱体后续经煅烧处理即可得到Sb掺杂的SnO

优选地，所述沉淀步骤维持搅拌的操作，且所述沉淀步骤中的搅拌的时间为4h～10h。

优选地，步骤4)所述复合材料的质量和粘合剂的体积比为0.01g/mL～0.8g/mL。

进一步优选地，步骤4)所述复合材料的质量和粘合剂的体积比为0.06g/mL～0.2g/mL。

优选地，步骤4)所述粘合剂为聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸酯、质量分数为0.05％～5％的Nafion溶液中的一种或多种。

优选地，所述Nafion溶液中的溶剂为水和乙醇，且乙醇的体积分数为40％～60％。

优选地，步骤4)还包括干燥的步骤，且所述滴涂和干燥的步骤需要重复进行2～6次。

进一步优选地，步骤4)所述滴涂和干燥的步骤需要重复进行3～5次。

优选地，所述干燥的温度为80℃～110℃。

需要说明的是，步骤4)所述复合材料和粘合剂混合后制得浆料。

优选地，步骤2)所述滴涂的使用浆料的体积和待滴涂的导电基底的面积之比为0.05mL/cm

进一步优选地，步骤2)所述滴涂的使用浆料的体积和待滴涂的导电基底的面积之比为0.08mL/cm

第四方面，本发明提供一种燃料电池包括：容器，提供机械能的设备，阴极，阳极，含有机污染物的废水；

其中，所述阴极和阳极均置于所述容器中；所述阳极为第一方面所述电极或者第二方面所述制备方法制得的电极；且所述阳极置于含有机废水的电解液中。

具体地，所述燃料电池可为单室的电池。

优选地，所述燃料电池还包括隔膜和隔板，且所述隔膜将所述容器分隔出阴极室和阳极室。

具体地，所述燃料电池可为双室或多室的电池。

优选地，所述容器的体积为100mL～500mL。

优选地，所述容器的容积为60mL～480mL。

优选地，所述阳极和所述含有机污染物的废水的体积比1:100～1:300。

优选地，所述提供机械能的设备为搅拌机、超声机、振荡仪、泵中的至少一种。

进一步优选地，所述提供机械能的设备为超声机，且所述容器置于超声机内。

优选地，所述阴极为铂片、石墨、活性碳纤维、不锈钢板中的一种或多种。

进一步优选地，所述阴极材料为铂片、石墨、活性碳纤维中的一种或多种。

优选地，所述阴极和阳极的形状与大小均相同。

优选地，所述隔板安装于阴极室和阳极室的正上方，且与阴极室、阳极室的侧壁相连接。

具体地，所述隔板用于为阴极室和阳极室内提供一种无氧或有氧的环境创设了条件。

优选地，所述阴极室和阳极室的体积相同。

优选地，所述隔膜为Nafion117的全氟化膜、醋酸纤维素超滤膜、聚偏二氟乙烯微滤膜中的一种或多种。

优选地，所述隔膜的膜孔径为40nm～0.50μm。

进一步优选地，所述隔膜的膜孔径为0.20μm～0.45μm。

优选地，所述含有机污染物的废水还包括强电解质，所述强电解质为硫酸钾、硫酸钠中的一种或多种。

优选地，所述电解液中强电解质的浓度为0.1mol/L～1.0mol/L。

具体地，硫酸钾、硫酸钠能够提高电解液的导电率。

优选地，所述有机污染物的为甲硝唑、苯酚、亚甲基蓝、甲酸中的一种或多种。

优选地，所述含有机污染物的废水中的有机污染物的浓度为50mg/L～5000mg/L。

进一步优选地，所述含有机污染物的废水中的有机污染物的浓度为100mg/L～1000mg/L。

第五方面，本发明提供一种如第四方面所述的燃料电池在废水处理中的应用。

第六方面，本发明提供一种能够同时处理有机废水和产电的方法，包括以下步骤：

将含有机污染物的废水添加至容器内，并控制所述第四方面所述的燃料电池的阳极置于所述含有机污染物的废水内；

将第四方面所述的燃料电池的阳极与阴极相连，打开提供机械能的装置，即实现同时处理有机废水和产电。

优选地，所述能够同时处理有机废水和产电的方法，包括以下步骤：

将含有机污染物的废水添加至阳极室内，并控制所述第四方面所述的燃料电池的阳极置于所述含有机污染物的废水内；

向阴极室通入空气或氧气，向阳极室通入保护气体；将第四方面中燃料电池的阴极与阳极相连，打开提供机械能的装置，即实现同时处理有机废水和产电。

具体地，在初始状态，所述阳极室和阴极室中均存在含有机污染物的废水；而且，所述含有机污染物的废水中都有强电解质和有机废水，且浓度一样。

优选地，所述提供机械能的装置为超声机，所述超声机设置于第四方面所述燃料电池的容器的外部，用于为所述燃料电池的阳极提供机械能。

优选地，设置所述超声机的功率为60W～150W、频率为30kHz～50kHz。

优选地，所述保护气体为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或多种。

优选地，所述空气或氧气的流速为80mL/min～120mL/min。

优选地，所述保护气体的流速为80mL/min～120mL/min。

优选地，所述同时处理有机废水和产电是在温度为15℃～25℃的条件下进行。

优选地，所述含有机污染物的废水中的还包括强电解质，所述强电解质为硫酸钾、硫酸钠中的一种或多种。

优选地，所述有机污染物的为甲硝唑、苯酚、亚甲基蓝、甲酸中的一种或多种。

优选地，所述含有机污染物的废水中的有机污染物的浓度为50mg/L～5000mg/L。

进一步优选地，所述含有机污染物的废水中的有机污染物的浓度为100mg/L～1000mg/L。

优选地，所述产电的稳定电流为0.8μA～5μA。

本发明的有益效果是：本发明的电极包括导电基底和固载在导电基底材料上的催化膜，且催化膜包括颗粒状的四方相的BaTiO

(1)本发明的电极上的催化膜还包括Sb掺杂的SnO

(2)本发明提供的电极具有良好的压电性能、催化膜负载牢固度强，作为阳极应用于燃料电池中能够实现至少2h稳定产电；

(3)本发明提供一种以机械能为驱动力，以纳米压电材料为催化剂和能量转化器，利用压电效应，将机械能转化为压电位并催化降解污染物的同时回收污染物中的电化学能的燃料电池(即压电催化反应器)，可应用于在污水处理同时产电的领域，以解决目前压电催化过程不能回收污染物中化学能的问题；

(4)本发明提供的燃料电池可以是单室或多室的电池；

(5)本发明的燃料电池能够在常温常压下有效实现稳定产电和不同种类的有机污染物的降解。

附图说明

图1为商品c-BaTiO

图2为实施例2中的含压电催化膜的电极和实施例6中的含压电复合催化膜的电极的X-射线衍射图。

图3为实施例6中的含压电复合催化膜的电极的X-光电子能谱。

图4为实施例2中的含t-BaTiO

图5为实施例6中的Sb-SnO

图6为实施例2中的含t-BaTiO

图7为实施例2中的含t-BaTiO

图8为本发明中的双室压电燃料电池的工作原理图；

其中，阳极：ITO导电玻璃为基体、Sb-SnO

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

本发明中使用的0.45g/L SnCl

0.98g/L SbCl

本发明实施例中使用的立方相钛酸钡购自阿拉丁试剂公司，产品参数：99.9％metals basis，粒径<100nm，平均粒径约为50nm，CAS编号：12047-27-7。

实施例1

本实施例提供一种电极的制备方法，包括以下步骤：

1)取0.2g的c-BaTiO

2)将0.375mL步骤1)中的含c-BaTiO

3)将步骤2)中的含c-BaTiO

其中，步骤3)中的煅烧是在空气气氛下进行，且煅烧采用的升温速率为10℃/min。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，本实施例中的ITO导电玻璃的阻抗为10Ω/cm

实施例2

本实施例提供一种电极的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于c-BaTiO

1)取0.15g的c-BaTiO

2)将0.375mL步骤1)中的含c-BaTiO

3)将步骤2)中的含c-BaTiO

其中，步骤3)中的煅烧是在空气气氛下进行，且煅烧采用的升温速率为10℃/min。

采用扫描电镜(日本电子株式会社JEOL，型号：JSM-6330F)对实施例2中的含压电催化膜的电极进行测试，其测试结果如图4所示，其中，图4中的a为34×(倍)的电镜图，图4中的b为对图a中的压电催化膜进行放大后的电镜图(倍数：5.05K×)，图4中的c是图b部位在放大倍率为30.00K×条件下测得的电镜图。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，本实施例中的含压电催化膜的电极的压电催化膜的厚度为0.33μm(如图4中的a和b所示)；催化膜是由颗粒状材料组装而成的，其颗粒的粒径分布为40nm～150nm，颗粒的平均粒径为90nm(如图4中的c所示)；本实施例中的含压电催化膜的电极的电化学阻抗为2580Ω。

实施例3

本实施例提供一种电极的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于c-BaTiO

1)取0.1g的c-BaTiO

2)将0.375mL步骤1)中的含c-BaTiO

3)将步骤2)中的含c-BaTiO

其中，步骤3)中的煅烧是在空气气氛下进行，且煅烧采用的升温速率为10℃/min。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，本实施例中的含压电催化膜的电极的压电催化膜的厚度为0.21μm；催化膜是由颗粒状材料组装而成的，其颗粒的平均粒径为90nm；本实施例中的含压电催化膜的电极的电化学阻抗为1726Ω。

实施例4

本实施例提供一种电极的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于c-BaTiO

1)取0.05g的c-BaTiO

2)将0.375mL步骤1)中的含c-BaTiO

3)将步骤2)中的含c-BaTiO

其中，步骤3)中的煅烧是在空气气氛下进行，且煅烧采用的升温速率为10℃/min。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，本实施例中的含压电催化膜的电极的压电催化膜的厚度为0.10μm；催化膜是由颗粒状材料组装而成的，其颗粒的平均粒径为90nm；本实施例中的含压电催化膜的电极的电化学阻抗为788Ω。

实施例5

本实施例提供一种电极的制备方法，包括以下步骤：

1)取1g c-BaTiO

2)将步骤1)中的t-BaTiO

向100mL 0.1g/L t-BaTiO

3)取0.2g的Sb-SnO

4)将0.375mL步骤3)中的含Sb-SnO

5)将步骤4)中的含Sb-SnO

其中，步骤1)和步骤2)中的煅烧采用的升温速率为10℃/min。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，在本实施例中的含压电复合催化膜的电极上，测得压电复合催化膜的厚度为0.43μm；压电复合催化膜是由颗粒状材料组装而成的；本实施例中的含压电复合催化膜的电极的电化学阻抗为398Ω。

实施例6

本实施例提供一种电极的制备方法，其与实施例5的区别在于：步骤3)中的Sb-SnO

1)取1g c-BaTiO

2)将步骤1)中的t-BaTiO

向100mL 0.1g/L t-BaTiO

3)取0.15g的Sb-SnO

4)将0.375mL步骤3)中的含Sb-SnO

5)将步骤2)中的含Sb-SnO

其中，步骤1)和步骤2)中的煅烧采用的升温速率为10℃/min。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，在本实施例中的含压电复合催化膜的电极上，测得压电复合催化膜的厚度为0.33μm；压电复合催化膜是由颗粒状材料组装而成的；本实施例中的含压电催化膜的电极的电化学阻抗为317Ω。

实施例7

本实施例提供一种电极的制备方法，其与实施例5的区别在于：步骤3)中的Sb-SnO

1)取1g c-BaTiO

2)将步骤1)中的t-BaTiO

向100mL 0.1g/L t-BaTiO

3)取0.1g的Sb-SnO

4)将步骤3)悬浮液0.375mL的悬浮液滴涂在3cm×5cm的ITO导电玻璃(厚度：1.5mm)后，再置于105℃条件下进行干燥1h，重复该滴涂和干燥的操作4次，得到含Sb-SnO

5)将步骤4)中的含Sb-SnO

其中，步骤1)和步骤2)中的煅烧采用的升温速率为10℃/min。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，在本实施例中的含压电复合催化膜的电极上，测得压电复合催化膜的厚度为0.22μm；步骤2)中的Sb-SnO

实施例8

本实施例提供一种电极的制备方法，其与实施例5的区别在于：步骤3)中的Sb-SnO

1)取1g c-BaTiO

2)将步骤1)中的t-BaTiO

向100mL 0.1g/L t-BaTiO

3)取0.05g的Sb-SnO

4)将0.375mL步骤3)中的含Sb-SnO

5)将步骤4)中的含Sb-SnO

其中，步骤1)和步骤2)中的煅烧采用的升温速率为10℃/min。

经扫描电镜和电化学工作站(Gamry 600+)测试，在本实施例中的含压电复合催化膜的电极上，测得压电复合催化膜的厚度为0.10μm；步骤2)中的Sb-SnO

材料的表征和性能

1.测试本发明中使用的c-BaTiO

由图1可知：c-BaTiO

2.实施例2中的含压电催化膜的电极和实施例6中的含压电复合催化膜的电极的X-射线衍射图，如图2所示。实施例6中的含压电复合催化膜的电极的X-光电子能谱(X-rayphotoelectron spectroscopy，XPS)，如图3所示；其中，a为窄扫的XPS图，b为结合能为524eV～542eV的XPS图。

由图2和图3可知：图2结合图1，实施例2中的含压电催化膜的电极和实施例6中的含压电复合催化膜的电极上中的BaTiO

从X-光电子能谱分析可知，实施例6中的含压电复合催化膜的电极样品位于495.0eV、486.6eV出现了明显的特征峰，分别归属于Sn

3.选取实施例2中的含t-BaTiO

由图4和图5可知：根据图4可知，实施例2中的t-BaTiO

图5中的可以看出实施例6中的压电复合催化膜是以t-BaTiO

结合XRD图谱和XPS图谱的分析结果，并由图5的b和图4的c分析可知，t-BaTiO

4.通过等离子体质谱仪(型号ICPS 7500，厂家：日本岛津)测试实施例6中的复合压电催化材料(即Sb-SnO

5.实施例2中的含t-BaTiO

由图6和图7可知：实施例2中的含t-BaTiO

基于上述测试结果和分析可知，实施例2中的含t-BaTiO

实施例9

本实施例提供一种单室压电燃料电池，其包括：实施例2中的含压电催化膜的电极(即含t-BaTiO

其中，阳极和阴极平行设置于容器的内部，且阴极和阳极的之间间距为4cm；

阴极和阳极是用导线连接；

容器设置于超声发生装置的内部，使得能够使用该超声发生装置为燃料电池提供机械能。

本实施例中的单室压电燃料电池还包括：用导线与外部电路(包括其他电子元件)相连；

置于容器内部的电解液，且阳极和阴极是置于电解液中。

本实施例还提供一种单室压电燃料电池用于废水处理的方法，包括以下步骤：

1)单室压电燃料电池的构建：将实施例2中的含压电催化膜的电极(即含t-BaTiO

将60mL含亚甲基蓝的有机废水作为电解液加入规格为5cm×5cm×7cm的容器中；

将上述容器置于含有水为介质的超声机中；

2)单室压电燃料电池的驱动：设置超声机的工作功率为100W、频率为40kHz，并利用其产生的超声波驱动单室压电燃料电池中的压电催化反应，即可实现产电和有机废水处理；

其中，步骤1)中的含亚甲基蓝的有机废水中的亚甲基蓝浓度为0.1g/L～1g/L；步骤1)中的含亚甲基蓝的有机废水中的硫酸钾的浓度为0.5mol/L；

步骤2)中的压电催化反应是在常温常压(即温度为20～25℃、压力为0.1Mpa、空气氛围)下进行的；所述超声或压电催化反应的时间为2h。

单室压电燃料电池用于废水处理和产电的效果测试

保持其他因素不变，分别换用亚甲基蓝浓度为1g/L，0.6g/L，0.3g/L，0.1g/L的含亚甲基蓝的有机废水，构建出4个单室压电燃料电池，并采用相同条件进行废水处理；

同时，将上述4个单室压电燃料电池与电化学工作站(Gamry 6000+)相连，测试并监测其产生的电能和亚甲基蓝的降解率。

由上述测试结果可知：含亚甲基蓝的有机废水中的亚甲基蓝浓度分别为1g/L，0.6g/L，0.3g/L，0.1g/L的单室压电燃料电池，在超声机的工作功率为100W、频率为40kHz制造的带有超声波环境下驱动压电催化反应，经常温常压2小时的压电催化反应后，亚甲基蓝的降解量分别为86.1mg/L，69.6mg/L，44.8mg/L和21.4mg/L；

在反应的2小时内，对应的单室压电燃料电池的产生电流先快速增加，然后电流趋于稳定，其稳定电流的大小基本维持在2.45μA，1.78μA，1.12μA和0.83μA。

基于上述结果分析，本实施例中的单室压电燃料电池(即压电反应器)不仅能有效降解有机污染物和产电，而且亚甲基蓝浓度越高电流越大，证明亚甲基蓝起到了“燃料”的作用，且该电池的产电性能与亚甲基蓝正相关的关系。

实施例10

本实施例提供一种双室压电燃料电池，其包括：实施例2中的含压电催化膜的电极(即含t-BaTiO

其中，隔膜设置于容器的内部，用于将容器内部分隔出2个容积相同的空间(即阴极室和阳极室)；

阳极和阴极平行设置于容器的内部，且阴极放置于阴极室的内部，阳极放置于阳极室的内部，阴极和阳极的之间间距为4cm；阴极和阳极是用导线连接，

容器设置于超声发生装置的内部，使得能够使用该超声发生装置为燃料电池提供机械能。

本实施例中的双室压电燃料电池还包括：用导线与外部电路(包括其他电子元件)相连；

置于容器内部的电解液，且阳极和阴极是置于电解液中；

2个隔板，分别安装于阳极室的顶部和阴极室的顶部，用于与外部环境隔开，为创设一个无氧的空间或有氧空间提供条件。

本实施例还提供一种双室压电燃料电池用于污水处理的方法，包括以下步骤：

1)双室压电燃料电池的构建：将膜孔径为0.22μm的PVDF微滤膜安装于容器的内部，把容器内部分隔出2个容积相同的空间(即阴极室和阳极室)；

将实施例2中的含压电催化膜的电极(即含t-BaTiO

隔板，该隔板安装于阳极室和阴极室的顶部，用于将阳极室与外部环境隔开，为创设一个无氧的空间提供条件；

将30mL含三环唑的有机废水加入阳极室中，并向阳极室内通入氮气(流量：100mL/min)形成无氧环境；

将30mL 0.5mol/L硫酸钠的溶液(溶剂为水)加入阴极室中，并向阴极室内通入氧气(流量：100mL/min)形成氧气饱和环境，其中阳极室内的溶液的溶解氧浓度11.2mg/L；

将上述容器置于含有水为介质的超声机中；

2)双室压电燃料电池的驱动：设置超声机的工作功率为100W、频率为40kHz，并利用其产生的超声波驱动双室压电燃料电池中的压电催化反应，即可实现产电和有机废水处理；

其中，步骤1)中的含三环唑的有机废水中的三环唑浓度为0.1g/L～1g/L；

步骤2)中的压电催化反应是在常温常压(即温度为20～25℃、压力为0.1MPa)下进行的；所述超声或压电催化反应的时间为2h。

双室压电燃料电池用于废水处理和产电的效果测试

保持其他因素不变，分别换用三环唑浓度为1g/L，0.6g/L，0.3g/L，0.1g/L的含三环唑的有机废水，构建出3种双室压电燃料电池，并采用相同条件进行废水处理；

同时，将上述4种双室压电燃料电池与电化学工作站(Gamry 600+)相连，测试并监测其产生的电能和亚甲基蓝的降解率。

由上述测试结果可知：三环唑浓度分别为1g/L，0.6g/L，0.3g/L，0.1g/L的双室压电燃料电池，在超声机的工作功率为100W、频率为40kHz制造的带有超声波环境下驱动压电催化反应，经常温常压2小时的压电催化反应后，三环唑的降解量分别为106.5mg/L，87.1mg/L，54.8mg/L和24.6mg/L；

在反应的2小时内，对应的双室压电燃料电池的产生电流先快速增加，然后电流趋于稳定，其稳定电流的大小基本维持在2.93μA，2.12μA，1.29μA和1.05μA。

基于上述结果分析，本实施例中的双室压电燃料电池(即压电反应器)不仅能有效降解有机污染物和产电，而且三环唑浓度越高电流越大，证明三环唑起到了“燃料”的作用，且该电池的产电性能与三环唑正相关的关系。

此外，本实施例中的双室压电燃料电池对有机污染物的降解效率和产电效率要优于实施例9中稳定单室压电燃料电池。

实施例11

以本实施例为例描述压电燃料电池工作原理，本实施例的双室压电燃料电池的示意图，如图8所示。

由图8可知：本实施例中的双室压电燃料电池以含Sb-SnO

本实施例中的双室压电燃料电池的工作原理：设计以ITO导电玻璃为基底的Sb-SnO

本实施例提供一种双室压电燃料电池(见图8)，其包括：实施例6中的含Sb-SnO

规格为3cm×5cm×1.5mm的铂片(即阴极)，导线，膜孔径为0.22μm的PVDF微滤膜(即隔膜，PVDF指的是聚偏氟乙烯)，规格为5cm×5cm×7cm的容器，超声机(即超声发生装置)；

其中，隔膜设置于容器的内部，用于将容器内部分隔出2个容积相同的空间(即阴极室和阳极室)；

阳极和阴极平行设置于容器的内部，且阴极放置于阴极室的内部，阳极放置于阳极室的内部，阴极和阳极的之间间距为4cm；阴极和阳极是用导线连接，

容器设置于超声发生装置的内部，使得能够使用该超声发生装置为燃料电池提供机械能。

本实施例中的双室压电燃料电池还包括：用导线与外部电路(包括其他电子元件)相连；

置于容器内部的电解液，且阳极和阴极是置于电解液中；

2个隔板，分别安装于阳极室的顶部和阴极室的顶部，用于与外部环境隔开，为创设一个无氧的空间或有氧空间提供条件。

本实施例提供一种能够同时处理有机废水和产电的方法(见图8)，包括以下步骤：

1)双室压电燃料电池的构建：将膜孔径为0.22μm的PVDF微滤膜安装于容器的内部，把容器内部分隔出2个容积相同的空间(即阴极室和阳极室)；

将实施例6中的含Sb-SnO

隔板，该隔板安装于阳极室的顶部和阴极室的顶部，用于与外部环境隔开；

将30mL含三环唑的有机废水加入阳极室中，并向阳极室内通入氮气(流量：100mL/min)形成无氧环境；

将30mL 0.5mol/L硫酸钠的溶液(溶剂为水)加入阴极室中，并向阴极室内通入氧气(流量：100mL/min)形成氧气饱和环境，其中阳极室内的溶液的溶解氧浓度11.2mg/L；

将上述容器置于含有水为介质的超声机中；

2)双室压电燃料电池的驱动：设置超声机的工作功率为100W、频率为40kHz，并利用其产生的超声波驱动双室压电燃料电池中的压电催化反应，即可实现产电和有机废水处理；

其中，步骤1)中的含三环唑的有机废水的三环唑浓度为0.1g/L～1g/L；

步骤2)中的压电催化反应是在常温常压(即温度为20～25℃、压力为0.1MPa)下进行的；所述超声或压电催化反应的时间为2h。

双室压电燃料电池用于废水处理和产电的效果测试

保持其他因素不变，分别换用三环唑浓度为1g/L，0.6g/L，0.3g/L，0.1g/L的含三环唑的有机废水，构建出3种双室压电燃料电池，并采用相同条件进行废水处理；

同时，将上述4种双室压电燃料电池与电化学工作站(Gamry 6000+)相连，测试并监测其产生的电能和亚甲基蓝的降解率。

由上述测试结果可知：三环唑浓度分别为1g/L，0.6g/L，0.3g/L，0.1g/L的双室压电燃料电池，在超声机的工作功率为100W、频率为40kHz制造的带有超声波环境下驱动压电催化反应，经常温常压2小时的压电催化反应后，三环唑的降解量分别为123.2mg/L，103.6mg/L，63.9mg/L和30.3mg/L；

在反应的2小时内，对应的双室压电燃料电池的产生电流先快速增加，然后电流趋于稳定，其稳定电流的大小基本维持在3.37μA，2.38μA，1.47μA和1.19μA。

基于上述结果分析，配备Sb-SnO

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。