[實用新型]一種填料型植物電極的微生物燃料電池裝置

有效

• 申請號: 201220582156.1
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN202977610U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 夏世斌;潘蓉;滕加泉;李昌;鄧文英;陳玲;陸森森
• 申請（專利權）人: 常州市環境科學研究院
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/06;H01M8/02;H01M4/86;C02F3/32
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 徐琳淞

技術領域

本實用新型涉及屬于可再生能源領域，特別涉及一種填料型植物電極的微生物燃料電池裝置。

背景技術

微生物燃料電池(?Microbial?Fuel?Cell,?以下簡稱MFC)是以微生物為催化劑，通過降解有機物將化學能轉化為電能的一種裝置，不僅能以單一的碳水化合物作為燃料發電，還能利用各種廢棄生物質的水解產物作為燃料發電，使廢棄生物質的再利用成為可能。該技術是一種新概念的廢物處理和能源利用方式，具有在生物質能轉化和利用方面發揮重要作用的潛力，發展潛力廣闊。（黃麗萍,?成少安.?微生物燃料電池生物質能利用現狀與展望.生物工程學報.2010,26(7):942-949；Venkata?Mohan,?Chandrasekhar.?Solid?phase?microbial?fuel?cell?(SMFC)?for?harnessing?bioelectricity?from?composite?food?waste?fermentation:?Influence?of?electrode?assembly?and?buffering?capacity.?Bioresource?Technology.?2011,102(14):?7077-7085.）。

根據反應器的構型不同，微生物燃料電池裝置主要分為單室式、雙室式兩大類，雙室MFC又可分為矩形式、雙瓶式、平板式、上流式等（宋天順,?晏再生,?胡穎等.?沉積物微生物燃料電池修復水體沉積物研究進展.?現代化工.2009,29(11):?15-19），工作原理是陽極室內的微生物在厭氧條件下代謝水中的有機質(葡萄糖等)，產生電子和質子。電子傳遞到陽極，再經由外電路到達陰極；質子則穿過質子交換膜或直接通過電解質到達陰極。在陰極室，質子、電子和氧相結合生成水。陰陽兩極之間存在電位差，最高電位可達(0.5-0.8)V，這與氫燃料電池產生的電壓相接近，通過對反應器的集成，可以將這樣的低電壓轉換成較高電壓，從而獲得可利用的電能。

MFC可以替代生物乙醇技術利用半纖維素水解產物產生電能。半纖維素水解產物主要成分之一的木糖曾被研究者用作MFC的燃料產電。Catal等人（Catal?T,?Li?K,?Bermek?H,?et?al.?Electricity?production?from?twelve?monosaccharides?using?microbial?fuel?cells.?Journal?of?Power?Sources,?2008,?175(1):?196?200）利用木質纖維素水解過程產生的十二種單糖做為MFC燃料產電。結果表明，MFC可有效的利用木質纖維素水解產物中的多種單糖，在產電的同時將之完全降解為CO₂。因此，木質纖維素的利用與MFC的結合，將促進生物質的多元利用。

梁鵬等人（梁鵬，范明志，曹效鑫等，填料型微生物燃料電池產電特性的研究.環境科學.2008,29(2):512-517）將石墨和碳氈作為陽極填料組裝成填料型微生物燃料電池，其啟動期在1d左右。碳氈作為填料時，微生物燃料電池的最大產電功率密度為1502mW/m²(37.6W/m³)。將碳氈與碳紙燒結一體以提高填料型微生物燃料電池陽極的導電性，與平板型微生物燃料電池相比，其面積內阻從0.071Ω·m²下降到0.051Ω·m²，最大電流密度從3000mA上升到8000mA，最大產電功率密度從1100mW/m²(27.5W/m³)上升到2426mW/m²(60.7W/m³)，陽極電勢平均下降100mV。填料型微生物燃料電池在外電阻為600Ω下長期穩定運行30d以上，其庫侖效率約為10.6%。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種依靠水生植物生長直接產電，且用于污水或廢棄物處理時，具有污染物凈化效果好、成本低、運行維護簡單、可再生性強、可直接產生電能等特點的填料型植物電極的微生物燃料電池裝置。

實現本實用新型目的的技術方案是：一種填料型植物電極的微生物燃料電池裝置，包括陰極室、陽極室、導線、外用電阻和水生植物；所述陰極室內設有陰極電極和陰極電解液；所述陽極室內設有陽極電極和陽極電解液；所述陰極電極和陽極電極通過導線分別連接到外用電阻的兩端；所述陰極室和陽極室上部與空氣接觸處均種有水生植物；所述陰極室和陽極室內均設有填料，陰極室與陽極室之間通過質子交換膜分隔。