[實(shí)用新型]一種陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202020452703.9
• 申請(qǐng)日: 2020-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN211670280U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊彥;余應(yīng)新;陳浩佳;黃天岳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué);汕頭廣工大協(xié)同創(chuàng)新研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/16
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/16;C02F3/32;C02F3/34
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 文靜

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池包括陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池、電阻和疝氣燈組，所述陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池為單室結(jié)構(gòu)，包括土壤、水體、綠色水生植物和兩個(gè)電極，所述綠色水生植物的根部穿過(guò)水體置于土壤內(nèi)部，其中一個(gè)電極平鋪在土壤內(nèi)部作為陽(yáng)極，另一個(gè)電極平鋪在土壤與水體的交界面作為陰極，所述電阻的兩端分別與陽(yáng)極、陰極相連，所述疝氣燈組設(shè)于綠色水生植物上方，用于提供持續(xù)光照條件，所述疝氣燈組的兩端分別與陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池的兩端相連。該燃料電池可以應(yīng)用于對(duì)污染水土的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物燃料能量吸收的同時(shí)又凈化水土，達(dá)到環(huán)境和能源的雙重利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于植物-微生物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

工業(yè)革命之后，世界范圍內(nèi)的能源利用速度呈現(xiàn)指數(shù)型增長(zhǎng)。傳統(tǒng)能源是建立在化石能源基礎(chǔ)之上，目前常見(jiàn)的化石能源煤、石油、天然氣將在近幾十年里接近枯竭，而現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)能源的利用嚴(yán)重依賴(lài)于傳統(tǒng)能源。需求的持續(xù)增加使得供需矛盾進(jìn)一步加大，因此對(duì)于可再生能源的研究和發(fā)展迫在眉睫。為應(yīng)對(duì)能源短缺、污染危機(jī)，各國(guó)正在開(kāi)發(fā)一系列新能源和可替代能源，各種新能源技術(shù)也相繼被提出。主要包括燃料電池技術(shù)、氫燃料、甲醇、生物柴油、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒊毕堋⒉ɡ税l(fā)電、風(fēng)能、核聚變、水力發(fā)電和核裂變技術(shù)等。

微生物燃料電池(MFC)是通過(guò)微生物氧化有機(jī)物燃料將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。它可以應(yīng)用于對(duì)污染水土的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物燃料能量吸收的同時(shí)又凈化水土，達(dá)到環(huán)境和能源的雙重利用。目前，微生物燃料電池(MFC)主要應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)、遠(yuǎn)程傳感器的供電、增值產(chǎn)品的生產(chǎn)等方面，但由于電能轉(zhuǎn)化率較低，尚不能滿(mǎn)足大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用的需求。

陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池(APSFCs)的基本原理通常包括4步：(1)綠色植物經(jīng)過(guò)光合作用合成有機(jī)物；(2)將有機(jī)物傳遞到陽(yáng)極室；(3)有機(jī)物在電化學(xué)活性微生物作用下在陽(yáng)極進(jìn)行氧化；(4)氧或其他電子受體在陰極還原，綠色植物可收集和利用太陽(yáng)能來(lái)積累生物量，在陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池(APSFCs)中生物量可作為陽(yáng)極產(chǎn)電微生物的底物進(jìn)一步氧化轉(zhuǎn)化為電能。具體原理如圖1所示。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本實(shí)用新型的第一目的在于提供一種陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)，該陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)通過(guò)綠色植物的光合作用與微生物燃料電池結(jié)合來(lái)提高其產(chǎn)電性能，從而更加提高了電能轉(zhuǎn)化率。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)，包括陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池、電阻和疝氣燈組，所述陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池為單室結(jié)構(gòu)，包括土壤、水體、綠色水生植物和兩個(gè)電極，所述綠色水生植物的根部穿過(guò)水體置于土壤內(nèi)部，其中一個(gè)電極平鋪在土壤內(nèi)部作為陽(yáng)極，另一個(gè)電極平鋪在土壤與水體的交界面作為陰極，所述電阻的兩端分別與陽(yáng)極、陰極相連，所述疝氣燈組設(shè)于綠色水生植物上方，用于提供持續(xù)光照條件，所述疝氣燈組的兩端分別與陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池的兩端相連。

優(yōu)選地，所述綠色水生植物為香蒲、水鳶尾、水花生和蘆葦中的一種。

優(yōu)選地，所述綠色水生植物為香蒲，香蒲在陽(yáng)極光合太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)中較其他種植物較優(yōu)，產(chǎn)電性能好，且適合污染程度高的土壤。

優(yōu)選地，所述陽(yáng)極大小為10～20×10～20cm，埋深于約8～12cm香蒲根系附近使其根系可充分與陽(yáng)極電極接觸；陰極大小10～15×10～15cm，置于水土分界面，陰極與陽(yáng)極之間的間距為8～15cm。

優(yōu)選地，所述陽(yáng)極為采用生物質(zhì)多孔碳或石墨烯進(jìn)行改性處理的泡沫鎳電極。

多孔碳和石墨烯修飾均能有效降低泡沫鎳陽(yáng)極的傳荷內(nèi)阻，提高電極導(dǎo)電性和生物相容性，更利于微生物附著生長(zhǎng)，得到性能優(yōu)異的生物膜電極，且多孔碳修飾電極各項(xiàng)性能方面優(yōu)于泡沫鎳電極。