[实用新型]一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生物燃料电池，特别是一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池。

背景技术

随着世界人口数的持续增加，人类日益受到能源资源不足以及环境恶化的影响，因此开发新能源得到广泛的重视，而利用可再生的生物质能发电是一种有效的手段。微生物燃料电池(Microbialfuelcells，MFC)作为一种利用微生物代谢产生电能的新方法，近年来受到更多人们的关注。它是一种利用微生物作为催化剂将化学能转变为电能的装置，微生物可以代谢有机物质，同时产生电能。但是，现有的微生物燃料电池普遍具有产电量低的缺点；同时现有技术中的阳极表面积一般较小，不利于微生物的大量附着，且催化效能适用面窄；现有技术中多采用铂作为阴极催化剂，虽然催化效果好，但是过于昂贵。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电极表面活化面积较大，增大微生物与电极表面间的静电作用，增加微生物吸附性，催化性能好，从而提高电量产量，并降低生产成本的一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池，包括设置在外壳内的反应器和设置在外壳外的电池正极和电池负极，所述电池正极的底部连接于反应器的一端；所述电池负极的底部连接于反应器的另一端。

由于采用了上述技术方案，反应器产生电能，通过连接电池正极和电池负极即可形成回路，将反应器产生的电能释放。

本实用新型的一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池，所述反应器包括密封壳和设置在密封壳内的阳极和阴极，所述阳极和阴极表面附着有微生物，所述阳极与阴极之间设有离子交换膜，所述阳极与电池正极相连，所述阴极与电池负极相连，所述密封壳内充满介质。

由于采用了上述技术方案，离子交换膜将反应器分隔成为阳极室和阴极室，在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

本实用新型的一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池，所述阳极为表面钛／氮掺杂介孔石墨烯气凝胶，所述阴极为VO₂/S-AC泡沫镍空气阴极。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的阳极电极表面活化面积较大，增大微生物与电极表面间的静电作用，增加微生物吸附性，催化性能好；本实用新型的阴极催化性能好，且钒的价格低于铂，降低了生产成本。

本实用新型的一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池，所述微生物为腐败希瓦氏菌，所述介质为对氧化三甲胺。

由于采用了上述技术方案，氧化三甲胺腐败希瓦氏菌的作用下，降解产生三甲胺，进而生成二甲胺和甲醛等，阴极室中的氧气在阴极的催化作用下，得到电子被还原与质子结合成水。

本实用新型的一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池，所述电池正极和电池负极之间设有绝缘阻燃层，所述绝缘阻燃层覆于密封壳上表面；所述外壳的底部设有介质交换器，所述介质交换器通过通道与密封壳内部相连通。

由于采用了上述技术方案，绝缘阻燃层能够将绝缘阻燃，提高电池的安全性能；通过介质交换器能够不断补充新的介质进入反应器，保证电池的持续工作，延长电池的使用寿命。

本实用新型的一种基于对氧化三甲胺介质的微生物燃料电池，所述离子膜交换膜包括全氟磺酸质子膜一，所述全氟磺酸质子膜一的下层覆盖有二氧化硅层，所述二氧化硅的下层覆盖有全氟磺酸质子膜二；所述二氧化硅层的厚度为450nm，所述全氟磺酸质子膜一表面覆有邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯层，所述全氟磺酸质子膜二表面覆有藻酸双酯钠层。

由于采用了上述技术方案，SiO₂表面羟基与全氟磺酸质子膜表面的磺酸根相互作用起到了物理交联聚合物效果，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯层和藻酸双酯钠层能够实现对全氟磺酸质子膜上磺酸基团的交联，提高了膜的含水量，使得质子更容易自由通过，提高了离子膜的质子传导率和能量效率，同时避免微生物代谢产物对离子膜的污染，保证了离子膜的质子传导率，提高了电池的能量效率。