[发明专利]一种空气呼吸生物阴极微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气呼吸生物阴极微生物燃料电池，透过的空气提供充足的氧气作为生物阴极的电子受体，属于绿色生物能源技术领域。

背景技术

传统的生物阴极微生物燃料电池 (Microbial Fuel Cell, MFC) 由阳极室和阴极室组成，两极室之间通过离子交换膜相隔。其产电过程是阳极微生物厌氧降解有机物产生电子、质子和二氧化碳；电子传输到阳极通过外电路负载到达生物阴极，质子通过离子交换膜由阳极室到达阴极室；阴极室电子受体（以O₂为例）在阴极微生物的作用下得到电子和质子而被还原成水，从而产生电流。微生物燃料电池是一种绿色新能源技术，在近几年得到广泛深入地研究，为解决能源短缺和污水处理提供了一条新途径。

MFC 反应器从结构上分可以分为单室 MFC 和双室 MFC ；阴极的设计形式决定了 MFC 反应器的设计形式。氧气被认为是最佳的电子受体，但其过高的过电势影响了MFC的产电性能。化学催化剂的应用可有效降低氧气还原的过电势，但是化学催化剂价格较贵，且长时间运行后性能会下降。生物催化剂作为化学催化剂的替代受到广泛关注。在目前报道的生物阴极MFC中，氧气主要是以曝气的方式提供，这提高了其运行成本；在开口式生物阴极MFC中，氧气以主动扩散的方式进入生物膜，这种方式可以削减曝气带来的成本，但是容易在生物膜内部产生溶解氧梯度，影响生物阴极的性能。因此有必要提供一种结构简单又能实现空气自然进入阴极的微生物燃料电池。

发明内容

1、技术方案：本发明的目的是提供一种空气呼吸生物阴极双室微生物燃料电池，省去生物阴极常用的机械曝气，节省耗能，降低操作成本，同时避免了微生物膜内部的溶解氧梯度，实现真正意义上可持续性的 MFC；该生物阴极结构具有设计简单，可操作性强，基础和运行费用大大降低等优点。

2、具体的运用方法：本发明提供一种空气呼吸生物阴极双室微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间由阳离子交换膜隔开；阴极室设有开口挡板；阳极和阴极分别位于阳极室和阴极室，并通过导线和外电阻连成闭合回路。

阴极挡板为边长同阴极室裙边长相等的、中间带有开口的正方形有机玻璃板，并带有与阴极室裙边对应的螺孔；阴极为载有PTFE空气扩散层的碳布，氧气通过PTFE扩散层进入阴极室为阴极微生物膜提供电子受体。

阳极液为KH₂PO₄ 6.28g/L，K₂HPO₄ 10.08 g/L，NaHCO₃ 2.0 g/L，NaCl 0.5 g/L，Na₂SO₄ 0.5 g/L，MgSO₄.7H₂O 0.2 g/L，NaAc 0.82 g/L；阴极液为KH₂PO₄ 6.28g/L，K₂HPO₄ 10.08 g/L，NaHCO₃ 2.0 g/L，NaCl 0.5 g/L，Na₂SO₄ 0.5 g/L，MgSO₄.7H₂O 0.2 g/L 。

3、有益效果：本发明采用获取方便，取之不尽的氧气作为微生物燃料电池的电子受体；空气透过阴极为阴极生物膜提供电子受体，避免了机械曝气和阴极生物膜内部溶解氧的浓度梯度；节约了操作成本，实现了真正意义上可持续的 MFC；该阴极结构具有设计简单，可操作性强，基础和运行费用大大降低等优点。

附图说明:

图1为本发明所述空气呼吸生物阴极双室微生物燃料电池示意图；1为生物阴极，2为开口挡板。

图2 为本发明所述空气呼吸生物阴极双室微生物燃料电池和对照电池的极化曲线（a）和电极电势（b）曲线 

具体实施方式

本发明提供了一种空气透过阴极双室微生物燃料电池，以下结合附图对具体实施方式加以说明。

本发明提供了一种空气呼吸生物阴极双室微生物燃料电池，以下结合附图对具体实施方式加以说明。