[發明專利]一種堿性微生物燃料電池

有效

• 申請號: 201110340069.5
• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN102368559A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 成少安;岑可法
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M8/16
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明屬于微生物燃料電池技術領域，具體涉及的是一種在堿性條件下工作的微生物燃料電池。

背景技術

微生物燃料電池是利用微生物氧化有機物將化學能轉變為電能的裝置。它可以應用于對廢水的處理，實現回收廢水中的能量同時又凈化污水，達到環境和能源的雙贏效果。

由于微生物接種來源和生長條件的限制，微生物燃料電池大多工作在中性或弱酸性的電解質。在這種條件下，空氣陰極上發生的氧還原反應動力學較差。因此，為了達到良好的陰極性能，陰極催化劑大多使用貴重金屬鉑。如中國專利“一種用于廢水處理的使用廢水和活性污泥的生物燃料電池”(公開號CN1164509C)、“一種以有機廢水為燃料的單池式微生物電池”(CN1874040A)、“一種無介體微生物燃料電池”(CN1889297A)、“一種連續折流式直接微生物燃料電池”(CN201117727Y)、“折流板空氣陰極微生物燃料電池”(CN101227008A)、“無膜和無介體的微生物燃料電池”(CN1659734)、“生物反應器-直接微生物燃料電池及其用”(CN1949577)、“可堆疊式單室微生物燃料電池”(CN101034754A)、“微生物燃料電池裝置和電池及用法以及水處理系統”(CN101118973)、“微生物燃料電池及其處理啤酒廢水的方法”(CN101145620)“一種雙筒型微生物燃料電池“(CN1937297A)。金屬鉑不僅價格昂貴而且資源有限，極大地限制了微生物燃料電池在廢水處理上的推廣應用。研發的過度金屬大環絡合物，如酞箐鐵(FePC)、四苯基啉(COTMPP)替代貴金屬鉑催化劑，雖獲得了與鉑催化劑相當的催化性能，也解決了資源短缺的問題，但其催化劑制造復雜，成本仍高，實際應用也存在困難。其它相對便宜的陰極催化材料如二氧化錳、鐵離子和錳離子也有研究，但這些催化材料不穩定，長時間運行會溶解到溶液中，需要再生或替換，不但使運行工藝復雜化，而且金屬離子溶出造成二次污染。

提高陰極性能是目前微生物燃料電池亟待解決的關鍵問題。除需要開發成本低廉、穩定性高、催化活性高的空氣陰極催化劑外，改變微生物燃料電池的運行條件來提高陰極性能也是另一種途徑。在堿性介質中，氧還原反應具有較高的動力學，即使使用成本低廉的非貴金屬催化劑作陰極材料也能獲得較高的陰極性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種堿性微生物燃料電池。其特點在于陰極催化劑使用成本低廉的非貴金屬材料，堿性介質實現高的陰極氧還原性能，從而達到微生物燃料電池的高性能、低成本。

為解決技術問題，本發明提供的技術方案為：

提供一種堿性微生物燃料電池，包括容器狀的電池殼體、陽極和空氣陰極，所述陽極為活性炭纖維刷、碳布或碳紙，空氣陰極為兩面分別涂覆聚四氟乙烯擴散層和顆粒活性炭催化層的碳布集電體，且空氣陰極以擴散層面向空氣、催化層面向溶液置于容器兩側；

該燃料電池啟動時的電解液的配制方式為：將有機廢水與溶液A按1∶1的體積比混合，并按1克/升的比例加入有機物基質，混合溶液用堿性溶液調節pH值為9～12；

該燃料電池產電運行時的電解液，其配置方法是下述任意一種：第一種電解液的配制方式為：在溶液A中添加0.5～8克/升有機物基質形成溶液B，溶液B用堿性溶液調節pH值為9～12；第二種電解液為有機廢水，有機廢水用堿性溶液調節pH值為9～12；