[发明专利]一种光催化和微生物复合阳极燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池系统。

背景技术

微生物燃料电池是一种以微生物为催化剂，利用工业废水和生活污水作为燃料，通过微生物的代谢把储存在生物质内的化学能直接转换成电能的装置，为同步解决环境污染和能源挥发问题提供了新思路。

微生物燃料电池作为一种新兴的能源与环保工艺，距离实际的工业化应用还有很大距离。其一，微生物燃料电池的输出功率密度低、产生电压低、电能难以回收利用。一般认为，阴极反应的速率是微生物燃料电池性能的限制因素。研究者们从阴极材料和阴极催化剂的角度做了大量的工作，以期提高微生物燃料电池中阴极的性能，进而提高微生物燃料电池的功率输出，然而这些工作不可避免的使阴极的制备复杂化，降低实际应用中的可操作性，同时提高了阴极的成本。

其二，微生物燃料电池降解的污染物质主要是无生物毒性的有机物，对持久性有机物的降解效果差。这大大的限制了微生物燃料电池在污染物降解方面的应用。

发明内容

本发明的目的是要解决现有微生物燃料电池的输出功率密度低、产生电压低、电能难以回收利用，阴极成本高和不能持续降解污水中具有生物毒性的有机物的问题，而提供一种光催化和微生物复合阳极燃料电池系统。

一种光催化和微生物复合阳极燃料电池系统包括箱体、微生物阳极室、离子交换膜、光催化阳极、第一电阻、石英玻璃窗口、光源、光阳极室进水口、光阳极室出水口、微生物阳极、第二电阻、阴极、开孔、微生物阳极室进水口、微生物燃料电池出水口、光阳极室、进水管、导管和出水管；

所述的箱体的一侧侧面上镶嵌有石英玻璃窗口，箱体的另一侧侧面上设有开孔，箱体的上表面开设有光阳极室进水口、光阳极室出水口、微生物阳极室进水口和微生物燃料电池出水口；进水管与光阳极室进水口相连通，光阳极室出水口通过导管与微生物阳极室进水口相连通，出水管与微生物燃料电池出水口相连通；

所述的光源设置在石英玻璃窗口的一侧；离子交换膜设置在箱体中，将箱体分隔成光阳极室和微生物阳极室；

所述的光催化阳极设置在光阳极室内，微生物阳极和阴极设置在微生物阳极室内；第一电阻的一端与光催化阳极相连接，第一电阻的另一端分别与第二电阻及阴极相连接；第二电阻的一端与微生物阳极相连接，第二电阻的另一端分别与第一电阻和阴极相连接。

本发明的原理和优点：

本发明的一种光催化和微生物复合阳极燃料电池系统将光电催化技术与微生物燃料电池技术耦合在一起，利用光催化无选择性降解污染物的特性，先将具有生物毒性的物质降解为毒性低的小分子，再进行生物降解。同时，根据光催化燃料电池和微生物燃料电池差异较大的功率输出特性，微生物燃料电池的阴极电位得到了大幅度提高，从而使微生物燃料电池的功率密度提高了29％～65％。

本发明可获得一种光催化和微生物复合阳极燃料电池系统。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种光催化和微生物复合阳极燃料电池系统的结构示意图；

图2为电流密度随功率密度和电压的变化曲线；图2中1为单独使用光催化燃料电池回路处理污水的功率输出特性，2为单独使用微生物燃料电池回路处理污水的功率输出特性；

图3为功率密度随电位的变化曲线；图3中1为单独使用光催化燃料电池回路处理污水的阴极/阳极电位的变化曲线，2为单独使用微生物燃料电池回路处理污水的阴极/阳极电位的变化曲线；

图4为使用试验一的装置的微生物燃料电池的极化曲线；图1中1为单独使用微生物燃料电池回路的功率输出特性，2为使用试验一的装置第一电阻为1Ω时，微生物燃料电池的输出特性，3为使用试验一的装置第一电阻为100Ω时，微生物燃料电池的功率输出特性，4为使用试验一的装置第一电阻为1000Ω时，微生物燃料电池的功率输出特性；

图5为使用试验一的装置的电极电位曲线；图5中1为单独微生物燃料电池回路的电极电位曲线，2为使用试验一的装置第一电阻为1Ω时，微生物燃料电池的电极电位曲线，3为使用试验一的装置第一电阻为100Ω时，微生物燃料电池的电极电位曲线，4为使用试验一的装置第一电阻为1000Ω时，微生物燃料电池的电极电位曲线；

图6为水中COD含量的柱状图；图6中A为原污水中的COD含量，B为第二电阻为1000Ω时单独使用微生物燃料电池回路处理污水后出水中的COD含量，C为第一电阻为1000Ω，第二电阻均为1000Ω时使用试验一的装置处理污水后出水中的COD含量，D为第一电阻为1Ω，第二电阻为1000Ω时使用试验一的装置处理污水后出水中的COD含量。