[發(fā)明專利]一種污水燃料電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310582034.1
• 申請(qǐng)日: 2013-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN103647098A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳士安;王駿騁;游專;祖廣浩;姚明;彭佳鑫;張曉娜;武曉暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于渾濁污水處理及發(fā)電的污水燃料電池。

背景技術(shù)

由現(xiàn)有技術(shù)可知，一些微生物可以不通過(guò)氧化還原媒介體，而是直接氧化有機(jī)物轉(zhuǎn)移電子，從而獲得電能。污水具有源源不斷及可生化性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而它成為了微生物燃料電池的最佳有機(jī)物來(lái)源之一。目前，廣泛采用的污水處理方法主要是利用好氧生物處理或厭氧生物處理，前者運(yùn)行費(fèi)用高，無(wú)法普及推廣。后者運(yùn)行費(fèi)較低，但甲烷的回收利用率低，廢氣處理困難。

微生物燃料電池是一種融合了污水處理和生物產(chǎn)電的新技術(shù)，它能夠在處理污水的同時(shí)收獲可觀電能。但是傳統(tǒng)的微生物燃料電池有機(jī)物氧化速率低，極大的限制了這種污水處理辦法的普及推廣。

納米TiO₂光催化技術(shù)是光電化學(xué)應(yīng)用的方法之一，光資源取之不竭，納米TiO₂光催化應(yīng)用技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有高催化活性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，無(wú)二次污染，安全無(wú)毒等特點(diǎn)，是最具有開發(fā)前景的綠色環(huán)保催化劑之一。

光電化學(xué)生物燃料電池使用納米TiO₂顆粒的方式是：將納米TiO₂顆粒置于經(jīng)過(guò)濾沉淀澄清后的透明污水中形成納米TiO₂顆粒懸濁液，進(jìn)而通過(guò)自然光照射激發(fā)其光催化作用。使用該方法有如下缺陷：納米TiO₂顆粒不易回收、污水需經(jīng)過(guò)濾沉淀澄清處理、光來(lái)源受太陽(yáng)日照限制、納米TiO₂顆粒可能直接將有機(jī)物催化成氫氣。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用紫外線激發(fā)納米二氧化鈦?zhàn)麝?yáng)極的污水燃料電池，以提高渾濁污水燃料的氧化速率來(lái)增加污水燃料電池的適應(yīng)性、發(fā)電功率和效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括一個(gè)發(fā)電單元，發(fā)電單元包括陽(yáng)極、質(zhì)子交換膜和陰極腔；陽(yáng)極為放置在第一污水管道中的一封閉的殼狀結(jié)構(gòu)，陰極腔位于第一污水管道之外，第一污水管道與陰極腔之間以管道相連并相通，管道中設(shè)有質(zhì)子交換膜；陰極腔內(nèi)部設(shè)有陰極，陽(yáng)極內(nèi)部設(shè)有紫外線燈；陽(yáng)極的殼狀結(jié)構(gòu)的壁體由內(nèi)至外分別是玻璃板、網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線、透明硅片、納米TiO₂顆粒涂層，網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線帶有外電路接口，外電路接口由導(dǎo)線經(jīng)外電路后連接陰極。

第一污水管道的旁側(cè)是第二污水管道，第一污水管道和第二污水管道之間具有容納下陰極腔的空間，若干個(gè)發(fā)電單元的陽(yáng)極放置在第一污水管道中，該若干個(gè)發(fā)電單元的陰極腔均放置在第一污水管道和第二污水管道之間的空間；第二污水管道中放置同樣個(gè)數(shù)的發(fā)電單元的陽(yáng)極，該同樣個(gè)數(shù)的發(fā)電單元的陰極腔均放置在第一污水管道和第二污水管道之間的空間且與已有的陰極腔相互間隔交錯(cuò)布置；所有的發(fā)電單元由導(dǎo)線串聯(lián)。

??本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明能同時(shí)兼顧利用微生物氧化及紫外線激發(fā)納米TiO₂氧化污水中有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，效率高。

2、污水燃料電池電源不受光照條件的影響，發(fā)電時(shí)不產(chǎn)生污染，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時(shí)也沒有噪音，是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源。

3、發(fā)電單元模塊化，通過(guò)串聯(lián)方式的集成，可以將低電壓轉(zhuǎn)換成較高電壓，可以用來(lái)建設(shè)大型污水燃料電站，實(shí)現(xiàn)為電動(dòng)汽車等用電負(fù)載充電的功能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述一種污水燃料電池中單個(gè)發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)及原理圖；?

圖2是圖1中陽(yáng)極3的結(jié)構(gòu)放大圖；

圖3是本發(fā)明所述污水燃料電池的發(fā)電單元模塊集成化的工作原理圖。?

圖中：1.發(fā)電單元；2.紫外線燈；3.陽(yáng)極；4.?導(dǎo)線；5-1.?第一污水管道；5-2.?第二污水管道；6.?空氣輸入管；7.?陰極；8.?陰極腔；9.?質(zhì)子交換膜；10.?玻璃板；11.外電路接口；12.?網(wǎng)狀金屬導(dǎo)線；13.?透明硅片；14.?納米TiO₂顆粒涂層；15.?用電負(fù)載；16.?控制開關(guān)。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明包括一個(gè)發(fā)電單元1，發(fā)電單元1結(jié)構(gòu)主要包括：陽(yáng)極3、質(zhì)子交換膜9和陰極腔8。其中，陽(yáng)極3為一封閉的殼狀結(jié)構(gòu)，放置在第一污水管道5-1中，在陽(yáng)極3的內(nèi)部設(shè)有紫外線燈2；陰極腔8位于第一污水管道5-1之外。在第一污水管道5-1上開孔，在第一污水管道5-1與陰極腔8之間以管道相連，在相連的管道中設(shè)有質(zhì)子交換膜9。