[發(fā)明專(zhuān)利]一種沉積物型微生物燃料電池長(zhǎng)期供電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010288009.2
• 申請(qǐng)日: 2020-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111446476B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱崢輝;藺存國(guó);張宇;鄭紀(jì)勇;趙婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/16
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/16
• 代理公司: 青島高曉專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 白瑩;于正河

本發(fā)明屬于微生物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陣列型排布的水下沉積物型微生物燃料電池長(zhǎng)期供電裝置，主體結(jié)構(gòu)包括供電單元和儲(chǔ)能元件，若干個(gè)供電單元以并聯(lián)的方式連接在儲(chǔ)能元件的兩端，等效電路為各供電單元以并聯(lián)的方式連接在儲(chǔ)能元件的兩端，采用陣列型結(jié)構(gòu)，將單個(gè)供電單元直接與儲(chǔ)能元件連接，通過(guò)多級(jí)串并聯(lián)的方式，提高沉積物型微生物燃料電池長(zhǎng)期供電裝置的輸出電壓或輸出電流，進(jìn)而有效提高沉積物型微生物燃料電池的運(yùn)行穩(wěn)定性，單個(gè)供電單元出現(xiàn)故障后，仍能保證整個(gè)沉積物型微生物燃料電池長(zhǎng)期供電裝置正常運(yùn)行；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)高功率的能量輸出，為大功耗用電器提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的水下能源供給。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于微生物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陣列型排布的水下沉積物型微生物燃料電池長(zhǎng)期供電裝置。

背景技術(shù)：

沉積物型微生物燃料電池(SMFCs)是一種布放在海底、湖底或河底等天然水體中的生物電化學(xué)裝置。沉積物中蘊(yùn)藏著豐富的有機(jī)物和產(chǎn)電微生物，為SMFCs的連續(xù)產(chǎn)電提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)和生物基礎(chǔ)。

沉積物型微生物燃料電池(SMFCs)能夠?yàn)樗碌凸谋O(jiān)檢測(cè)設(shè)備提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的原位電能，例如：中國(guó)專(zhuān)利201010177557.4公開(kāi)的海泥/海水生物燃料電池系統(tǒng)，利用海泥電池產(chǎn)生的電流，在深遠(yuǎn)海條件下，為海水或海泥中的金屬結(jié)構(gòu)物、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提供外加陰極電流，起到減緩或抑制腐蝕的作用；中國(guó)專(zhuān)利201410054687.7公開(kāi)的一種利于實(shí)海使用的海底沉積層微生物燃料電池裝置，電池的正負(fù)極材料均為導(dǎo)電碳纖維刷，陰陽(yáng)極碳纖維刷；當(dāng)布放在海底后，陰極放置在天然海水中，陽(yáng)極放置在海底沉積物中，裝置可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電流輸出，并驅(qū)動(dòng)儀器運(yùn)行；中國(guó)專(zhuān)利201510126394.X公開(kāi)的一種有機(jī)污染物降解原位監(jiān)測(cè)用海底沉積層生物燃料電池傳感器系統(tǒng)，依據(jù)海底沉積層生物燃料電池電催化降解原理，電池負(fù)極插入海底沉積層(簡(jiǎn)稱(chēng)海泥)中，正極放置在海水中，沉積層細(xì)菌代謝分解污染物產(chǎn)生電子，轉(zhuǎn)移到負(fù)極表面，進(jìn)入電路和正極，構(gòu)成回路；電池連接數(shù)據(jù)采集儀、控制器和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，測(cè)試傳感器系統(tǒng)的電流和電壓，通過(guò)電流監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)有機(jī)污染物降解速率，利用產(chǎn)電微生物能夠自發(fā)的在海泥電池陽(yáng)極表面富集的特點(diǎn)，加速降解海底沉積物中有機(jī)物的同時(shí)產(chǎn)生電能，能夠?qū)崿F(xiàn)海泥中有機(jī)污染物的快速去除并驅(qū)動(dòng)海底低功耗用電設(shè)備，此外，可根據(jù)電池系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號(hào)的變化，監(jiān)測(cè)污染物的降解率，實(shí)現(xiàn)污染物降解的原位監(jiān)測(cè)；中國(guó)專(zhuān)利201510125385.9公開(kāi)的一種海洋監(jiān)測(cè)儀器用海底沉積層燃料電池電源長(zhǎng)期供電系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，分別包括海底沉積層燃料電池正極模塊、負(fù)極模塊、升壓模塊、儲(chǔ)能模塊、海洋監(jiān)測(cè)儀器模塊、信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊、控制模塊；其中海底沉積層燃料電池利用海底沉積層作為電池負(fù)極的導(dǎo)電電解質(zhì)，電池負(fù)極模塊置于海底沉積層中，電池正極模塊置于海水中，以海水作為導(dǎo)電電解質(zhì)，正極模塊和負(fù)極模塊通過(guò)外部電路相連接構(gòu)成電池電源；其中，電池電源產(chǎn)生的電能通過(guò)電容器儲(chǔ)存，滿足儀器啟動(dòng)和采樣所需的電能后，電池不斷為電容器充電，從而滿足儀器對(duì)電能的長(zhǎng)期需求或滿足儀器工作所需較大的峰值功率需求；系統(tǒng)通過(guò)控制模塊調(diào)節(jié)電能需求，當(dāng)信息轉(zhuǎn)化與傳輸模塊工作時(shí)，控制監(jiān)測(cè)儀器暫停采樣，前者工作結(jié)束，恢復(fù)監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)，將海泥電池布放在海水/海泥界面后，電池的正負(fù)極與升壓轉(zhuǎn)換器相連接，實(shí)現(xiàn)低電壓向高電壓的轉(zhuǎn)換，然后將電能儲(chǔ)存在超級(jí)電容中，儲(chǔ)存在電容器內(nèi)的電能可直接供給用電器。

上述專(zhuān)利產(chǎn)品及現(xiàn)有技術(shù)中的SMFCs仍然存在輸出功率低，運(yùn)行穩(wěn)定性差等問(wèn)題，并且驅(qū)動(dòng)用電器后往往需要較長(zhǎng)的休眠時(shí)間以積累電能，這就限制了SMFCs的實(shí)際應(yīng)用。研究學(xué)者們采用電極改性、預(yù)植產(chǎn)電微生物、設(shè)計(jì)電池構(gòu)型以及添加電源管理系統(tǒng)等方式，極大地改善了SMFCs的產(chǎn)電性能。但是，SMFCs的性能仍比較差，無(wú)法滿足長(zhǎng)期功能的需求。此外，由于電極材料在海底處于同一電解質(zhì)中，無(wú)法通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)電流的增大或電壓的升高。因此，為了提高SMFCs的實(shí)用性，研發(fā)設(shè)計(jì)一種陣列型排布的SMFCs系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)電池性能的極大改善。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，研發(fā)設(shè)計(jì)一種沉積物型微生物燃料電池長(zhǎng)期供電裝置，采用陣列型排布結(jié)構(gòu)，提高SMFCs的輸出電壓和運(yùn)行穩(wěn)定性，為水下警戒設(shè)備提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的原位電能。