[實用新型]微生物燃料電池及其陽極

有效

• 申請號: 201720928727.5
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN207199750U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 張瀟源;徐婷;黃霞;王秋瑩;梁鵬;伍世嘉;付博亞
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/16;C02F3/34
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 趙天月

技術領域

本實用新型涉及環境、材料、能源領域，具體地，本實用新型涉及微生物燃料電池及其陽極。

背景技術

能源和資源短缺是當今社會面臨的嚴峻問題。因此，污水處理從耗能型向資源回收型的轉變是未來污水處理的發展方向。微生物燃料電池是一種利用微生物降解水中有機物，并原位將其化學能轉化為電能的生物電化學技術。以微生物燃料電池為代表的生物電化學系統污水處理，憑借其低能耗等優勢，成為能源領域以及污水處理領域的研究熱點。目前的微生物燃料電池普遍存在輸出功率較低、出水水質不高等問題，這些問題限制了其在實際生產中的應用。

因而，目前的微生物燃料電池及其陽極，仍有待改進。

實用新型內容

本實用新型是基于發明人對以下事實的認識和發現而做出的

發明人發現，目前的微生物燃料電池(MFC)普遍存在污水處理效果較差、產電效率較低的問題。發明人經過深入研究發現，這主要是由于MFC的陽極性能有待提高而導致的。陽極作為產電微生物附著的載體，對微生物燃料電池的產電性能有至關重要的影響。這主要是由于，MFC的工作原理是有機物在陽極產電微生物的作用下氧化分解并產生電子和質子，質子通過質子交換膜傳遞至陰極室，在陰極催化劑的作用下還原氧氣生成水；而電子通過外電路從陽極轉移至陰極被氧氣利用，形成完整的電路系統，從而將有機物中的化學能轉化為電能。MFC的陽極是有機物催化氧化的主要場所，其表面附著的產電微生物的量是決定MFC污水處理效果和產電性能的關鍵。然而，由于陽極產生的質子還需要傳質至陰極室，因此，MFC的陽極不僅需要具有較為可觀的產電微生物負載量，同時還需要具有一定的導電功能以及傳質功能。然而，目前的MFC中的陽極，較難同時保證微生物負載量以及質子傳質和電子傳遞的效果，進而導致污水處理效果和產電效率不盡理想。

本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

在本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種用于微生物燃料電池的陽極。具體的，該陽極包括：導電濾膜；以及多孔層，所述多孔層設置在所述導電濾膜的一側，所述多孔層中形成有多個水流通路；以及產電微生物，所述產電微生物附著在所述導電濾膜以及所述多孔層的至少之一上。由此，所述陽極具有比表面積大、電極電阻低、生物相容性好等優點，可有效地提升產電微生物的附著量，同時具有較好的質子傳質以及電子傳遞性能。并且，該陽極可以利用導電濾膜的截留作用，結合過濾運行模式，進而能夠加強傳質，提升出水水質，提高產電性能。

具體的，所述陽極的所述導電濾膜包括碳布、碳氈、碳纖維膜、碳納米管膜、石墨烯膜、不銹鋼網或者鈦網。形成導電濾膜的材料來源廣泛，因此，可以降低生產成本。

具體的，所述的陽極的所述多孔層是由導電材料形成的。由此，可以進一步提高該陽極的導電性能。

具體的，形成所述陽極的所述多孔層的材料包括碳纖維、顆粒活性炭、石墨烯或者金屬泡沫。上述材料來源廣泛，進而可以降低生產成本，并且上述材料的比表面積大，能有效提高產電微生物的附著量，進而提升出水水質，提高產電性能。

具體的，該陽極包括：導電濾膜，所述導電濾膜是由碳布形成的；以及多孔層，所述多孔層設置在所述導電濾膜的一側，所述多孔層是由多個纏繞有碳纖維的鈦絲形成的；以及產電微生物，所述產電微生物附著在所述多孔層上。由此，所述陽極的比表面積大，孔隙率高，電極阻抗低，并且物理性質穩定，生物相容性好，進而提升了產電微生物的附著量，提升了出水水質，提高了產電性能。

具體的，該陽極包括：導電濾膜，所述導電濾膜是由碳布形成的；以及多孔層，所述多孔層設置在所述導電濾膜的一側，所述多孔層是由活性炭顆粒形成的；以及產電微生物，所述產電微生物附著在所述多孔層上。由此所述陽極的比表面積大，孔隙率高，電極阻抗低，并且物理性質穩定，生物相容性好，進而提升了產電微生物的附著量，提升了出水水質，提高了產電性能。

在本實用新型的另一方面，本實用新型提出一種微生物燃料電池。具體的，該微生物燃料電池包括：殼體，所述殼體中限定出反應空間；陽極，所述陽極設置在所述反應空間中，所述陽極為前面所述的；以及空氣陰極，所述空氣陰極設置在所述反應空間中，并且所述空氣陰極與所述陽極電連接。由此，所述微生物燃料電池具有前面所述微生物燃料電池的陽極所具有的全部特征以及優點，在此不再贅述。