[實(shí)用新型]一種非曝氣生物陰極微生物燃料電池反應(yīng)器及其陽(yáng)極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120258879.1
• 申請(qǐng)日: 2011-07-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202231105U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王澤杰;趙峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/06
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/06;H01M4/86
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于環(huán)境與新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非曝氣空氣呼吸生物陰極微生物燃料電池反應(yīng)器及其新型陽(yáng)極設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

微生物燃料電池（Microbial?fuel?cell,?MFC）是在微生物的作用下將有機(jī)物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。由于其具有產(chǎn)電的同時(shí)可將污水清潔的優(yōu)點(diǎn)，微生物燃料電池受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。微生物燃料電池中用到的電子受體包括高錳酸根、鐵氰化鉀、三價(jià)鐵離子、重鉻酸鉀、雙氧水以及氧氣。由于化學(xué)電子受體可被消耗而需要補(bǔ)充使其不適于微生物燃料電池的大型化及長(zhǎng)期運(yùn)行。氧氣來(lái)源于空氣，不需任何成本且其產(chǎn)物為水不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因而氧氣是最適合于微生物燃料電池大型化運(yùn)行的電子受體。由于較高的還原過(guò)電勢(shì)，采用氧氣作為電子受體需要使用氧還原催化劑，包括貴金屬鉑、錳氧化物、鈷類(lèi)及鐵類(lèi)催化劑等，這些催化劑的使用提高了微生物燃料電池的運(yùn)行成本。由于微生物的廣泛存在性及自然更新的優(yōu)勢(shì)，利用微生物作為氧還原催化劑引起研究者們的廣泛關(guān)注。目前報(bào)導(dǎo)的好養(yǎng)微生物陰極微生物燃料電池主要采用曝氣提供氧電子受體，這個(gè)過(guò)程消耗了電力從而增加了微生物燃料電池的運(yùn)行成本，這是微生物燃料電池大型化運(yùn)行的一個(gè)瓶頸之一。目前為止未見(jiàn)到采用空氣主動(dòng)滲透提供電子受體的空氣陰極微生物燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是削減傳統(tǒng)好養(yǎng)微生物陰極微生物燃料電池中曝氣所帶來(lái)的電力消耗，以及改善傳統(tǒng)反應(yīng)器及電極構(gòu)型導(dǎo)致的微生物燃料電池產(chǎn)電性能較低的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種非曝氣空氣呼吸生物陰極微生物燃料電池反應(yīng)器及新型陽(yáng)極,所述微生物燃料電池反應(yīng)器由內(nèi)外兩個(gè)鏤空的圓筒及錐形帽通過(guò)螺栓連接組成，并采用橡膠墊密封；兩電極室通過(guò)陽(yáng)離子交換膜相隔形成陰陽(yáng)極室。

本實(shí)用新型微生物燃料電池可通過(guò)調(diào)整兩圓筒的直徑差設(shè)置不同的電極距離達(dá)到最優(yōu)的電池性能；陰極裹覆在外筒外壁通過(guò)鏤空與陰極電解液接觸，并使微生物附著其上形成生物陰極，同時(shí)空氣中的氧氣通過(guò)主動(dòng)滲透的方式為好養(yǎng)微生物提供電子受體；陰極室下部設(shè)有進(jìn)水口可利用陽(yáng)極出水作為陰極的電解液；植入型碳纖維電極提供大的表面積為產(chǎn)電微生物附著，并且可以依靠不銹鋼網(wǎng)自身的機(jī)械彈性附著于陽(yáng)極室內(nèi)壁，達(dá)到最佳的電極距離從而提高電池自身的產(chǎn)電性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下的有益效果：可節(jié)約好氧生物陰極微生物燃料電池中曝氣消耗的電力，節(jié)約微生物燃料電池的運(yùn)行成本；陰陽(yáng)極的距離可通過(guò)控制兩圓筒的直徑而得到優(yōu)化，使微生物燃料電池的產(chǎn)電性能達(dá)到最優(yōu)；陰極的運(yùn)行方式（連續(xù)流或批式）可隨意控制；新型植入式碳纖維電極可為產(chǎn)電微生物提供大的附著面積并且可以方便的控制陰陽(yáng)極的距離，提高微生物燃料電池的產(chǎn)電效能。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型生物陰極微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖

圖?2?是本實(shí)用新型生物陰極微生物燃料電池中所用新型陽(yáng)極結(jié)構(gòu)示意圖

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、電池頂帽，2、、電池外筒，3、好養(yǎng)微生物，4、空氣呼吸陰極，5、新型陽(yáng)極，6、電池內(nèi)筒，7、陽(yáng)離子交換隔膜，8、閥門(mén)，9、水泵，10、陰極室，11、陰極室進(jìn)水口,12、陽(yáng)極室入水口，13、陽(yáng)極室，14、陽(yáng)極室出水口，15、陰極室出水口，16、碳纖維簇，17、不銹鋼網(wǎng)。?

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明：反應(yīng)器由電池外筒2和內(nèi)筒6通過(guò)螺栓連接形成陰極室10和陽(yáng)極室13，電池頂部通過(guò)電池頂帽1密封。外筒2和內(nèi)筒6皆為鏤空結(jié)構(gòu)，使陰極與陰極電解液、陰陽(yáng)極通過(guò)隔膜7形成通路。陰陽(yáng)極室上下皆有進(jìn)出水口11、12、14和15，部分陽(yáng)極出水可通過(guò)回流泵9進(jìn)入陰極室作為陰極電解液使用，流量可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)8控制。好氧微生物3可附著在空氣呼吸陰極4上面利用主動(dòng)滲透的氧氣作為電子受體；厭氧微生物附著在陽(yáng)極5上面降解有機(jī)物質(zhì)同時(shí)產(chǎn)生電子。新型陽(yáng)極的設(shè)計(jì)方式是將大比表面積的碳纖維簇16植入不銹鋼網(wǎng)17。

本實(shí)用新型在實(shí)際使用過(guò)程中，生活污水通過(guò)12進(jìn)入陽(yáng)極室，在產(chǎn)電微生物的作用下，污水中的有機(jī)物被降解產(chǎn)生電子，同時(shí)污水得到凈化。產(chǎn)生的電子可通過(guò)外電路傳輸?shù)疥帢O與通過(guò)空氣呼吸陰極滲透過(guò)來(lái)的氧氣在好養(yǎng)微生物的催化作用下生成水，外電路產(chǎn)生電流。陽(yáng)極出水通過(guò)陰極進(jìn)水口進(jìn)入陰極可作為陰極電解液使用，同時(shí)可利用陰極進(jìn)水口處的閥門(mén)調(diào)節(jié)流量，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要決定陰極室的運(yùn)行方式。