[实用新型]一种非曝气生物阴极微生物燃料电池反应器及其阳极

说明书

技术领域

本实用新型属于环境与新能源技术领域，具体涉及一种非曝气空气呼吸生物阴极微生物燃料电池反应器及其新型阳极设计。

背景技术

微生物燃料电池（Microbial fuel cell, MFC）是在微生物的作用下将有机物中的化学能转化为电能的装置。由于其具有产电的同时可将污水清洁的优点，微生物燃料电池受到越来越广泛的关注。微生物燃料电池中用到的电子受体包括高锰酸根、铁氰化钾、三价铁离子、重铬酸钾、双氧水以及氧气。由于化学电子受体可被消耗而需要补充使其不适于微生物燃料电池的大型化及长期运行。氧气来源于空气，不需任何成本且其产物为水不会对环境造成污染。因而氧气是最适合于微生物燃料电池大型化运行的电子受体。由于较高的还原过电势，采用氧气作为电子受体需要使用氧还原催化剂，包括贵金属铂、锰氧化物、钴类及铁类催化剂等，这些催化剂的使用提高了微生物燃料电池的运行成本。由于微生物的广泛存在性及自然更新的优势，利用微生物作为氧还原催化剂引起研究者们的广泛关注。目前报导的好养微生物阴极微生物燃料电池主要采用曝气提供氧电子受体，这个过程消耗了电力从而增加了微生物燃料电池的运行成本，这是微生物燃料电池大型化运行的一个瓶颈之一。目前为止未见到采用空气主动渗透提供电子受体的空气阴极微生物燃料电池。

发明内容

本实用新型的目的是削减传统好养微生物阴极微生物燃料电池中曝气所带来的电力消耗，以及改善传统反应器及电极构型导致的微生物燃料电池产电性能较低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种非曝气空气呼吸生物阴极微生物燃料电池反应器及新型阳极,所述微生物燃料电池反应器由内外两个镂空的圆筒及锥形帽通过螺栓连接组成，并采用橡胶垫密封；两电极室通过阳离子交换膜相隔形成阴阳极室。

本实用新型微生物燃料电池可通过调整两圆筒的直径差设置不同的电极距离达到最优的电池性能；阴极裹覆在外筒外壁通过镂空与阴极电解液接触，并使微生物附着其上形成生物阴极，同时空气中的氧气通过主动渗透的方式为好养微生物提供电子受体；阴极室下部设有进水口可利用阳极出水作为阴极的电解液；植入型碳纤维电极提供大的表面积为产电微生物附着，并且可以依靠不锈钢网自身的机械弹性附着于阳极室内壁，达到最佳的电极距离从而提高电池自身的产电性能。

与现有技术相比，本实用新型具有以下的有益效果：可节约好氧生物阴极微生物燃料电池中曝气消耗的电力，节约微生物燃料电池的运行成本；阴阳极的距离可通过控制两圆筒的直径而得到优化，使微生物燃料电池的产电性能达到最优；阴极的运行方式（连续流或批式）可随意控制；新型植入式碳纤维电极可为产电微生物提供大的附着面积并且可以方便的控制阴阳极的距离，提高微生物燃料电池的产电效能。

附图说明

图1是本实用新型生物阴极微生物燃料电池的结构示意图

图 2 是本实用新型生物阴极微生物燃料电池中所用新型阳极结构示意图

附图标记说明：1、电池顶帽，2、、电池外筒，3、好养微生物，4、空气呼吸阴极，5、新型阳极，6、电池内筒，7、阳离子交换隔膜，8、阀门，9、水泵，10、阴极室，11、阴极室进水口,12、阳极室入水口，13、阳极室，14、阳极室出水口，15、阴极室出水口，16、碳纤维簇，17、不锈钢网。 

具体实施方式

以下结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的说明：反应器由电池外筒2和内筒6通过螺栓连接形成阴极室10和阳极室13，电池顶部通过电池顶帽1密封。外筒2和内筒6皆为镂空结构，使阴极与阴极电解液、阴阳极通过隔膜7形成通路。阴阳极室上下皆有进出水口11、12、14和15，部分阳极出水可通过回流泵9进入阴极室作为阴极电解液使用，流量可通过调节阀门8控制。好氧微生物3可附着在空气呼吸阴极4上面利用主动渗透的氧气作为电子受体；厌氧微生物附着在阳极5上面降解有机物质同时产生电子。新型阳极的设计方式是将大比表面积的碳纤维簇16植入不锈钢网17。

本实用新型在实际使用过程中，生活污水通过12进入阳极室，在产电微生物的作用下，污水中的有机物被降解产生电子，同时污水得到净化。产生的电子可通过外电路传输到阴极与通过空气呼吸阴极渗透过来的氧气在好养微生物的催化作用下生成水，外电路产生电流。阳极出水通过阴极进水口进入阴极可作为阴极电解液使用，同时可利用阴极进水口处的阀门调节流量，同时可根据实际需要决定阴极室的运行方式。