[发明专利]一种微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种微生物燃料电池，特别是一种空气-阴极生物微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池是一种利用微生物的催化氧化作用，将燃料中的化学能转化为电能的电化学装置。生物阴极微生物燃料电池以好氧微生物作为催化剂完成氧的催化还原，这些微生物能够简单地从好氧污泥中获得，造价低廉，极大地提高了微生物燃料电池在实际中的可应用性和可持续性。

目前，具有生物阴极的微生物燃料电池功率密度多为20-50mW/m²，只有少数可达270-320mW/m²，与非生物阴极功率密度300-2000mW/m²相比，仍然较小。为了提高生物阴极微生物燃料电池的产电效率，人们开始了过渡金属氧化物修饰电极材料的探索。铁和锰能通过化学价的循环催化氧化还原反应。锰氧化物修饰的生物阴极能有效缩短微生物燃料电池的启动时间，但功率密度仍然较小，是生物阴极工业化的主要技术障碍之一。

发明内容

本发明的目的是采用铁锰联合修饰的生物阴极，通过铁离子对锰离子电化学还原的促进作用，使得空气-阴极生物微生物燃料电池的功率密度进一步提高。

一种微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，所述的阳极室和阴极室中分别设置有阳极和阴极，所述阳极和阴极通过导线相连，所述阳极室和阴极室之间用质子交换膜隔开，所述阳极的材料是柱状活性炭颗粒，所述阴极的材料是含锰氧化物和铁氧化物的石墨毡。阴极材料是采用电沉积法制备：以石墨毡为阳极，钛为阴极，浸没于1L溶液中，所述溶液含0.5M MnSO₄、0.5M Fe₂(SO₄)₃和1M H₂SO₄，在3.5V直流电压下电沉积20min，随后取出石墨毡，用蒸馏水清洗后即得。修饰石墨毡的锰氧化物为MnO₂、铁氧化物为Fe₂O₃。

在阳极表面接种有厌氧颗粒污泥、厌氧消化污泥、好氧活性污泥。

阳极室供给的是葡萄糖溶液，其主要成分包括：葡萄糖10-20g/L、NH₄Cl 3-6g/L、NaHCO₃ 8-12g/L、KH₂PO₄ 1-3g/L、KCl 0.5-1g/L、MgCl₂ 0.4-0.8g/L、CaCl₂0.3-0.6g/L。

在锰氧化物和铁氧化物修饰的石墨毡表面覆有海底沉积物。海底沉积物富含强还原剂，能更进一步提高微生物燃料电池的功率密度。

阴极室为磷酸盐缓冲液，该磷酸盐缓冲液包括：KCl 0.5-0.8g/L、NaCl 1.2-1.6g/L、NaHPO₄ 8-12g/L、KH₂PO₄ 10-15g/L。

阴极室采用穿孔管曝气。

本发明采用铁锰联合修饰生物阴极，通过铁离子对锰离子电化学还原的促进作用，使得空气-阴极生物微生物燃料电池的功率密度得到显著提高，平均在900mW/m²以上，并使得微生物燃料电池及时的工业化应用成为可能。

附图说明

图1为本发明的构造图。

其中，1是阳极室，2是阴极室，3是阳极，4是阴极，5是质子交换膜。

具体实施方式