[發明專利]一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置

有效

• 申請號: 201710046929.1
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106876760B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 倪紅軍;卓露;呂帥帥;汪興興;朱昱;黃明宇;周一丹
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M8/0234;C02F3/00;C02F3/34
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 錢靚

本發明公開了一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括裝置外殼、裝置密封蓋及相間排布的陽極室和陰極室。陽極室內或陰極室內可安裝不同材料電極，陽極室間或陰極室間通過流道連通，陽極室與陰極室之間通過小孔連通，外殼側壁分別開有進水口和出水口。裝置外殼在各陰陽極室底部安裝有導電線路，連通各陰陽極室與外負載。裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進陰極反應。本發明結構簡單，可以根據實際需求進行無限擴充，陰極和陽極材料及其安裝形式可以根據要求進行變換，無需質子交換膜，使污水得以凈化，同時產電。

技術領域

本發明涉及一種微生物燃料電池，特別涉及一種可無限拓展的用于污水處理的微生物燃料電池裝置。

背景技術

微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。微生物燃料電池的基本工作原理是：在陽極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑( 一般為氧氣) 在陰極得到電子被還原與質子結合成水。微生物燃料電池多采用雙室型，即包括陽極室和陰極室，中間常采用質子交換膜隔開。但質子交換膜不僅增大電池內阻且造價昂貴，還不利于微生物燃料電池的實際推廣。雖然隨著微生物燃料電池電極和反應器構型的不斷改進，其單體能量密度增長迅速，但是仍然存在以下問題：電池內阻較大，能量密度低；可用作底物廢水種類較為單一；電池多為間歇式工作，需要不斷更換基底；電極材料結構單一，產電微生物量少，不利于能量產生；電池反應器裝置結構復雜且不可擴充，嚴重限制其實際推廣與應用。

發明內容

本發明的目的是為了克服以上的不足，提供一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置。

本發明的技術方案是：本發明公開了一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括裝置外殼、裝置密封蓋及相間排布的陽極室和陰極室。陽極室內或陰極室內可安裝不同材料電極，陽極室間或陰極室間通過帶濾網的流道連通，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯開設置，其中至少一組處于裝置最外側相鄰的陽極室與陰極室之間通過小孔連通，與之相對的一組處于裝置最外側相鄰的陽極室和陰極室外殼側壁分別開有進水口和出水口。裝置外殼在各陰陽極室底部安裝有導電線路，連通各陰陽極室與外負載。裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進陰極反應。預處理水流通過進水口連續流入陽極室，水中有機物在微生物催化作用下產生電子和質子，電子通過外電路流經負載到達陰極，質子以通道中的水流為載體遷移至陰極室，使得陽極室組與陰極室組在裝置內部電性連通，并使燃料電池裝置在處理污水的同時產生電能。

陽極和陰極電極皆為具有較好生物相容性的導電材料，所述導電材料可以為碳基材料的碳刷、碳布、碳紙或活性炭顆粒，電極浸沒于流水中，電極最小單位的最小直徑大于流道濾網最大口徑。陽極室外接導線連接為一體，與陰極室外接導線進行串聯構成外接電路。電池裝置可以將相鄰陰陽極外接導線連接構成單一電池組，并將多個單一電池組并聯得到最大外接電路電流。有機污水為生活污水、工業廢水、農業廢棄物或禽畜廢棄物等各類有機污水。

本發明與現有技術相比的有益效果是：1）采用連續流工作模式，不使用質子交換膜，結構簡單，不需要人工更換基底材料，大大降低電池內阻和制造維護成本，提高能源利用效率和電池能量密度；2) 以生活污水、工業廢水和農業廢棄物等各類有機污水為基質，在處理污水的同時產生電能；3) 以具有較好生物相容性的導電材料或者綠色植物為電極材料，不僅價格低廉，而且產電過程中不釋放溫室效應氣體二氧化碳，是一種清潔能源生產裝置；4)電池裝置可根據實際應用需求進行尺寸調整并可無限擴充，實際應用價值大。

附圖說明：

圖1（a）為本發明中裝置外殼的一個例子的俯視圖。

圖1（b）為本發明中裝置外殼的一個例子的剖視圖。

圖2（a）為本發明中裝置密封蓋的一個例子的俯視圖。