[發明專利]一種用于野外自供電的電源

無效

• 申請號: 201110419629.6
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102522578A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 付德剛;蔡小敏;戎非;凡現朋;齊潔婷
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H02J7/00;H02J15/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于新能源與環境工程領域，具體涉及一種用于野外自供電的電源。

背景技術

隨著全球能源短缺和環境污染的不斷加劇，能源與環境已經成為制約人類社會發展的兩大因素，實現能源與環境的協調發展，才可實現人類社會可持續發展。微生物燃料電池(Microbial?Fuel?Cell，MFC)是利用微生物作為生物催化劑將燃料(有機物質)的化學能轉化為電能的裝置，是一類理想的新型清潔能源。傳統的MFC由陽極室、陰極室和質子交換膜(Proton?Exchange?Membrane，PEM)3部分組成。但PEM會明顯提高電池的內阻，另外PEM價格較貴，增加了MFC的成本，不利于實際運用。

沉積物微生物燃料電池(Sediment?Microbial?Fuel?Cell，SMFC)是一種典型的無膜MFC。SMFC結構簡單，構建成本非常低廉；運行過程中不需維護，不受光照等外界條件影響，在野外環境下可持久輸出電能，特別是在野外自供電電源領域有廣闊的應用前景。但SMFC輸出電能微弱，輸出電壓低，開路電壓一般為600mV；輸出電流也過低。而且實際環境中SMFC的陰陽兩極處在同一自然水體中，無法采用串聯連接的方式來提高輸出電壓。簡單加大SMFC尺寸并不能顯著提高輸出功率。而一般電子器件至少需要1.5V工作電壓，更主要的是SMFC輸出功率遠小于一般電子器件功耗，不能用SMFC直接對電子器件供電，所以制約了SMFC的實際應用，以至無法利用這種自然界中蘊含豐富的微弱能量。如何利用SMFC輸出的微弱電能成為SMFC走向實際應用的瓶頸問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種可有效利用SMFC輸出的微弱電能，將SMFC作為供電電源用于野外自供電的電源。

技術方案：本發明所述的用于野外自供電的電源，包括SMFC和SMFC電源管理系統，所述SMFC電源管理系統包括電能存儲單元、控制單元和升壓與穩壓單元；所述電能存儲單元的輸入端的與所述SMFC連接，用于存儲SMFC的輸出電能；所述升壓與穩壓單元的輸入端與所述電能存儲單元連接，用于完成電壓的升壓和穩壓，使升壓與穩壓單元的輸出端輸出的電壓、電流滿足電子器件工作要求；所述控制單元與電能存儲單元以及升壓與穩壓單元相連接，用于控制升壓與穩壓單元工作。

所述升壓與穩壓單元的具體工作過程為：通過SMFC電源管理系統的電能存儲單元收集SMFC輸出的微弱電能，當收集到一定程度電能后，控制單元讓升壓與穩壓單元開始工作，使輸出電壓和電流都能滿足電子器件的工作要求。所述升壓與穩壓單元輸出的電壓可以調節；所述升壓與穩壓單元輸出的電壓可以調節為3V，3.3V，3.6V，5V等。

所述SMFC包括陽極電極、陰極電極及連接陰、陽兩電極的外接導線，所述陽極電極與陰極電極為導電材料；所述導電材料可以為碳纖維類材料、石墨類材料或不銹鋼材質材料。

所述陰極電極的表面載有鉑，鐵、錳氧化物或鈷化合物作為催化劑，用于提高SMFC產電性能。

所述外接導線可以為鈦導線或銅導線，所述外接導線與陽極電極、陰極電極的連接點進行絕緣密封處理。

本發明與現有技術相比，其有益效果是：SMFC適用于江河、湖泊、海洋、沼澤、濕地、地下給排水管網等野外環境，可持久產電，不受光照等環境影響，本發明有效收集和利用野外環境下沉積物微生物燃料電池(SMFC)輸出的微弱電能，在野外可將SMFC作為供電電源給電子器件供電，廣泛利用自然界中蘊含豐富的微弱能量，解決了制約SMFC進行實際應用的瓶頸問題，提供了一種綠色環保、可再生、資源豐富的新型電源，同時其可應用場所極其廣泛，在野外自供電電源領域有廣闊應用前景，具有巨大的實際應用價值。

附圖說明

圖1是本發明中沉積物微生物燃料電池結構示意圖；其中，11-陽極電極；12-陰極電極；13-連接陰、陽兩極的外接導線。

圖2是本發明電源示意圖；其中，1沉積物微生物燃料電池，2電能存儲單元；3控制單元；4升壓與穩壓單元，5外負載。

圖3是本發明中構建的沉積物微生物燃料電池極化曲線和功率曲線。

圖4是本發明電源給白光LED(工作電壓3V)供電時的輸出電壓。

具體實施方式

下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。