[发明专利]一种用于微生物燃料电池改进效果评价的方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水能源化处理领域，特别是一种用于微生物燃料电池改进效果评价的方法，可用于提高微生物燃料电池能量输出评价，缩短研究周期。

背景技术

微生物燃料电池可以将废水中有机污染物的化学能转变成电能，实现废水能源化处理，在可更新能源和有机废水处理领域受到人们的重视。微生物燃料电池通常由电极室、阴阳电极、产电功能菌和外电路构成。产电微生物以废水中的有机污染物作为电子供体，通过生化作用产生的电子经外电路传输至阴极，产生的质子在电极室内传输至阴极，质子和电子在阴极与电子受体反应，最终电子经外电路转移实现能量回收、有机污染物得到降解。微生物燃料电池具有独特优点，不需要外部能源供给，同时完成有机污染物的去除和能量回收，具有广阔应用前景。

微生物燃料电池目前仍然处于实验室研究阶段，一些问题亟待解决。首先是微生物燃料电池成本高，包括使用的电极材料和催化剂等成本较高。在使用既相对廉价的反应器材料而又能提高其产能效率研究方面，还要续进行大量研究工作。阳极生化反应产生的电子和质子分别需要经过外电路和电池内液体转移至阴极，而电池构型、电极材料、电极液性质影响着电子和质子的这一转移过程，主要表现为电极电阻、电极外阻、扩散电阻和极化电阻。电子和质子转移过程需要消耗大量能量克服这些阻碍。功能菌种是微生物燃料电池产能基础，菌群构成和驯化、较弱的生物催化氧化特性对产能效率有着直接影响。此外，在反应器放大中试、能量输出控制、以及与相关工艺联用与拓展等方面还有大量工作要做。

研究实践表明，要提高微生物燃料电池的产能效率，需要在反应器构型、材料、功能菌、机理等影响因素方面深入研究和改进。每一个影响因素的深入研究都需要进行大量对比测试，评估改进提升效果，如催化剂的选择使用，就需要大量分析和验证工作。如何定量对比分析每次改进后的产能效率来评价改进工作，是缩短微生物燃料电池研究周期和提高研发效率的重要环节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微生物燃料电池改进后效能评价的方法，以定量对比分析对微生物燃料电池改进效果，提升研究效率。

为实现上述目的，本发明采用了一种基于功率密度曲线及其对应一阶导数的微生物燃料电池改进效果评价方法，其特征在于分别利用功率密度和电流密度作为纵轴和横轴得到功率密度曲线，曲线上的点代表一定技术条件下的微生物燃料电池电能输出效果，经过改进后，代表输出功率密度的点在曲线上的位置发生变化，对比两点处的曲线一阶导数值，定量评价改进的效果。具体技术方案步骤如下：

(1)微生物燃料电池某项改进完成后，在电压稳定输出阶段进行检测，完成功率密度、电流密度等的检测分析。

(2)分别以功率密度和电流密度作为纵坐标和横坐标建立功率密度曲线坐标图。经过改进后，功率密度曲线上代表微生物燃料电池输出功率值的点的位置会沿着曲线发生移动。

(3)分析曲线上代表改进前后微生物燃料电池输出功率点所对应的功率密度值，可以评价产能输出变化幅度；以两点处曲线一阶导数值定量评价改进措施对微生物燃料电池产能效率的贡献；曲线上一阶导数值大于1的点对应的微生物燃料电池，在提高相同幅度电流密度条件下，功率密度升高幅度要较一阶导数值小于1的点对应的微生物燃料电池更大。

所述的微生物燃料电池改进效果评价方法，其特征在于所述功率密度曲线坐标图是以功率密度和电流密度作为纵轴和横轴。

所述的功率密度曲线上的点对应一定技术条件状态下的微生物燃料电池能量输出效果。

评价方法的特征在于利用功率密度曲线上的点对应的曲线一阶导数值定量评价改进效果和提升潜力。微生物燃料电池改进后，其能量输出效果在功率密度曲线上对应点的位置发生改变，对比曲线在两对应点出处的一阶导数，导数值增加越多，改进效果越好。

本发明的有益效果：

采用功率密度曲线及及其对应一阶导数值评价微生物燃料电池的改进研究，其有益效果表现在可定量、直观分析改进对于微生物燃料电池效能的提升，有利于缩短研究周期：

(1)以功率密度和电流密度作为纵轴和横轴的功率密度曲线坐标图，能够将微生物燃料电池改进前后能量输出都显示在曲线上，以功率密度的输出进行直观对比分析；

(2)可以以微生物燃料电池改进前后在功率密度曲线上对应点的一阶导数值，定量评价改进前后能量输出效果；

(3)可以定量分析微生物燃料电池在反应器构型、材料、功能菌等不同方面改进对于能量输出的贡献，以选择更为有效构型、材料、功能菌等；