[發(fā)明專利]基于氣泡浮升力的自循環(huán)空氣陰極微生物燃料電池及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710170007.1
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106654329B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 張亮;李艷;李俊;朱恂;付乾;葉丁丁;夏奡;廖強
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

本發(fā)明公開了基于氣泡浮升力的自循環(huán)空氣陰極微生物燃料電池及方法，基于氣泡浮升力的自循環(huán)空氣陰極微生物燃料電池，包括陽極腔室和陰極腔室；所述陰極腔室位于陽極腔室的上方，且陰極腔室與陽極腔室相連通；其特征在于：陰極腔室的上部具有上小下大的錐度，且在陰極腔室的頂端設置汽液出口，該汽液出口通過管路一與陰極腔室上方設置的存儲器相連通；管路一的內徑與鼓泡篩鼓出的氣泡直徑相同存儲器通過管路二與陽極腔室相連通；本發(fā)明依靠工質的密度差來作為物質的傳輸動力，充分利用空氣泵和高度差來實現(xiàn)物質的自然循環(huán)，提高了電池的性能并減少了運行成本，達到降低能耗的目的；可廣泛應用在能源、化工、環(huán)保等領域。

技術領域

本發(fā)明涉及微生物燃料電池，具體涉及一種基于氣泡浮升力的自循環(huán)空氣陰極微生物燃料電池及方法。

背景技術

微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells，MFCs)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，具有燃料來源廣泛、反應條件溫和、生物相容性好、在產生電能的同時進行廢水處理獨特優(yōu)勢，成為全球可再生能源研究者關注的熱點。其中,以空氣中的氧氣作為陰極電子受體的空氣陰極微生物燃料電池是目前極具規(guī)模化應用潛質的一種。國內外學者對于空氣陰極催化劑的優(yōu)化和材料的優(yōu)選等方向都展開了深入而廣泛的探究。通過大量的實驗研究,空氣陰極的性能及成本控制都有較大的提升。然而，目前MFC的輸出功率較低，距離實際應用還有很大的距離。影響MFC性能的因素有很多，包括微生物種類、基質、細胞內部和外部的阻力、電極材料、反應器結構等。其中反應器結構和陰極電極材料是影響電池性能的重要因素。

Cho，MH團隊發(fā)明了一種利用空氣泵與廢水泵來進行循環(huán)的新型空氣陰極微生物燃料電池結構，具有了成本低、傳質能力好等優(yōu)點，但在實際運行中，多個泵的使用會使得能耗增加，在實際處理中會帶來不必要的能量損失。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于氣泡浮升力的自循環(huán)空氣陰極微生物燃料電池。

為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的第一個技術方案，基于氣泡浮升力的自循環(huán)空氣陰極微生物燃料電池，包括陽極腔室和陰極腔室；所述陰極腔室位于陽極腔室的上方，且陰極腔室與陽極腔室相連通；陽極腔室內設置有陽極電極，該陽極電極由若干個垂直排列的碳刷構成；陰極腔室內設置有陰極電極，該陰極電極由若干個垂直排列的竹炭管構成；陽極腔室和陰極腔室之間設置有鼓泡篩；其特征在于：陰極腔室的上部具有上小下大的錐形，且在陰極腔室的頂端設置汽液出口，該汽液出口通過管路一與陰極腔室上方設置的存儲器相連通；管路一的內徑與鼓泡篩鼓出的氣泡直徑相同存儲器通過管路二與陽極腔室相連通。

本發(fā)明采用碳化后的竹炭管具有多孔的特性，大大的增加了電極與電解液的接觸面積，促進陰極的反應；竹炭管束的垂直布置有利于氣泡在竹炭管內和竹炭管外的向上運動，避免了空氣泡的聚集；鼓泡增加了擾動，強化了電解液與電極之間的物質傳輸，促進了電化學反應的進行；同時，本發(fā)明依靠工質的密度差來作為物質的傳輸動力，充分利用空氣泵以及存儲器與陽極腔室的高度差來實現(xiàn)物質的自然循環(huán)，提高了電池的性能并減少了運行成本，達到降低能耗的目的。另外，本發(fā)明的陽極液和陰極液為相同的電解液，很好的調節(jié)了陰、陽極液的PH值，提高了電池性能，同時在實際中可以用于處理低濃度無緩沖液廢水。

根據(jù)本發(fā)明所述的基于氣泡浮升力的自循環(huán)空氣陰極微生物燃料電池的優(yōu)選方案，該陰極腔室的上部設置多個汽液出口，每個汽液出口分別通過管路一與陰極腔室上方設置的存儲器相連通。通過調整汽液出口數(shù)量，達到調整液體流速的目的。

根據(jù)本發(fā)明的第二個技術方案，一種利用氣泡浮升力實現(xiàn)空氣陰極微生物燃料電池自循環(huán)的方法，其特征在于：包括如下步驟：