[發明專利]一種無隔膜微生物燃料電池裝置及其制作方法

有效

• 申請號: 202010638865.6
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111769314B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張鴻郭;王燕;鐘鏗鏘;龐博;肖唐付;陳迪云
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M4/86;H01M4/96;C02F3/00;C02F101/30
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發明提供了一種無隔膜微生物燃料電池裝置及制作方法，包括陽極、陰極和反應容器，反應容器包括反應室和容器壁，容器壁的材料為透光材料；陽極為碳氈，陽極設置在反應室內；陰極嵌合在容器壁的側壁上使得陰極的一個側面裸露在反應室內且陰極的另一個側面裸露在反應容器外，陰極由內至外依次包括催化層、碳布層、碳基層和擴散層，陰極的催化層裸露在反應室內，所述陰極的擴散層裸露在反應容器外，擴散層為固化的疏水高分子有機物涂層。本發明的無隔膜微生物燃料電池裝置，不設置質子交換膜，陰極通過在碳基層上設置擴散層，避免了水分損失，而且能夠控制合適量的氧氣透過擴散層傳送到催化層，提高陰極還原反應的效率，提高了庫倫效率。

技術領域

本發明涉及生物電化學技術領域，具體涉及一種無隔膜微生物燃料電池裝置及其制作方法。

背景技術

嚴重的能源短缺和環境污染問題是要實現更高速現代工業發展所不能忽視的問題。環境問題影響著人類的生存和發展，同時與生態平衡密切相關。隨著人類工業化的不斷發展，能源的過度開發和污染物的肆意排放對環境造成了嚴重的破壞，人類開始聚焦于探索新的清潔能源。通過微生物降解是常見的去除有機污染物的方法，部分產電細菌在降解有機物時能產生微量電能。受此啟發，微生物燃料電池受到越來越多人的關注。

微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)是利用微生物在陽極降解廢水中的有機物，還原產生的質子和電子通過質子交換膜或者外電路到達陰極發生還原反應。與傳統燃料電池相比，MFC在凈化污水的同時能夠產生電能，并且不帶來二次污染。MFC是一種能夠將生物能直接轉換為電能的裝置，具有維護成本低、操作條件溫和、生物相容性好等優點，是一種高效新型電化學技術。

雖然MFC在未來具有良好前景，但是它的輸出功率較低，材料成本較高，仍然不能得到廣泛應用。MFC的高成本很大一部分來源于昂貴的質子交換膜，而且質子交換膜會阻礙質子的傳輸或化學物質的擴散，導致電池內阻的增加，嚴重削弱了微生物燃料電池的功率輸出。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種無隔膜微生物燃料電池裝置及其制作方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種無隔膜微生物燃料電池(MFC)裝置，所述電池裝置包括陽極、陰極和反應容器，所述反應容器包括反應室和容器壁，所述容器壁的材料為透光材料；

所述陽極為碳氈，所述陽極設置在所述反應室內；

所述陰極固定在所述容器壁的側壁上使得所述陰極的一個側面裸露在所述反應室內且所述陰極的另一個側面裸露在所述反應容器外，所述陰極由內至外依次包括催化層、碳布層、碳基層和擴散層，所述陰極的催化層裸露在所述反應室內，所述陰極的擴散層裸露在所述反應容器外，所述擴散層為固化的疏水高分子有機物涂層。