[發(fā)明專利]一種微生物燃料電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310231748.8
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103337650A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紀忠;朱新堅;王靖;鄭法;王凱
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇中靖新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微生物燃料電池，特別是一種空氣-陰極生物微生物燃料電池。

背景技術(shù)

微生物燃料電池是一種利用微生物的催化氧化作用，將燃料中的化學能轉(zhuǎn)化為電能的電化學裝置。生物陰極微生物燃料電池以好氧微生物作為催化劑完成氧的催化還原，這些微生物能夠簡單地從好氧污泥中獲得，造價低廉，極大地提高了微生物燃料電池在實際中的可應用性和可持續(xù)性。

目前，具有生物陰極的微生物燃料電池功率密度多為20-50mW/m²，只有少數(shù)可達270-320mW/m²，與非生物陰極功率密度300-2000mW/m²相比，仍然較小。為了提高生物陰極微生物燃料電池的產(chǎn)電效率，人們開始了過渡金屬氧化物修飾電極材料的探索。鐵和錳能通過化學價的循環(huán)催化氧化還原反應。錳氧化物修飾的生物陰極能有效縮短微生物燃料電池的啟動時間，但功率密度仍然較小，是生物陰極工業(yè)化的主要技術(shù)障礙之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是采用鐵錳聯(lián)合修飾的生物陰極，通過鐵離子對錳離子電化學還原的促進作用，使得空氣-陰極生物微生物燃料電池的功率密度進一步提高。

一種微生物燃料電池，包括陽極室和陰極室，所述的陽極室和陰極室中分別設(shè)置有陽極和陰極，所述陽極和陰極通過導線相連，所述陽極室和陰極室之間用質(zhì)子交換膜隔開，所述陽極的材料是柱狀活性炭顆粒，所述陰極的材料是含錳氧化物和鐵氧化物的石墨氈。陰極材料是采用電沉積法制備：以石墨氈為陽極，鈦為陰極，浸沒于1L溶液中，所述溶液含0.5M?MnSO₄、0.5M?Fe₂(SO₄)₃和1M?H₂SO₄，在3.5V直流電壓下電沉積20min，隨后取出石墨氈，用蒸餾水清洗后即得。修飾石墨氈的錳氧化物為MnO₂、鐵氧化物為Fe₂O₃。

在陽極表面接種有厭氧顆粒污泥、厭氧消化污泥、好氧活性污泥。

陽極室供給的是葡萄糖溶液，其主要成分包括：葡萄糖10-20g/L、NH₄Cl?3-6g/L、NaHCO₃?8-12g/L、KH₂PO₄?1-3g/L、KCl?0.5-1g/L、MgCl₂?0.4-0.8g/L、CaCl₂0.3-0.6g/L。

在錳氧化物和鐵氧化物修飾的石墨氈表面覆有海底沉積物。海底沉積物富含強還原劑，能更進一步提高微生物燃料電池的功率密度。

陰極室為磷酸鹽緩沖液，該磷酸鹽緩沖液包括：KCl?0.5-0.8g/L、NaCl?1.2-1.6g/L、NaHPO₄?8-12g/L、KH₂PO₄?10-15g/L。

陰極室采用穿孔管曝氣。

本發(fā)明采用鐵錳聯(lián)合修飾生物陰極，通過鐵離子對錳離子電化學還原的促進作用，使得空氣-陰極生物微生物燃料電池的功率密度得到顯著提高，平均在900mW/m²以上，并使得微生物燃料電池及時的工業(yè)化應用成為可能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的構(gòu)造圖。

其中，1是陽極室，2是陰極室，3是陽極，4是陰極，5是質(zhì)子交換膜。

具體實施方式