[发明专利]一种可拓展连续流无膜空气阴极微生物燃料电池装置

说明书

本发明公开了一种可拓展连续流无膜空气阴极微生物燃料电池装置，包括装置外壳、装置密封盖及相间排布的阳极室和阴极室。阳极室内或阴极室内可安装不同材料电极，阳极室间或阴极室间通过流道连通，阳极室与阴极室之间通过小孔连通，外壳侧壁分别开有进水口和出水口。装置外壳在各阴阳极室底部安装有导电线路，连通各阴阳极室与外负载。装置密封盖在阴极室上方开有小孔，使得阴极室与外界空气连通，促进阴极反应。本发明结构简单，可以根据实际需求进行无限扩充，阴极和阳极材料及其安装形式可以根据要求进行变换，无需质子交换膜，使污水得以净化，同时产电。

技术领域

本发明涉及一种微生物燃料电池，特别涉及一种可无限拓展的用于污水处理的微生物燃料电池装置。

背景技术

微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。微生物燃料电池的基本工作原理是：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( 一般为氧气) 在阴极得到电子被还原与质子结合成水。微生物燃料电池多采用双室型，即包括阳极室和阴极室，中间常采用质子交换膜隔开。但质子交换膜不仅增大电池内阻且造价昂贵，还不利于微生物燃料电池的实际推广。虽然随着微生物燃料电池电极和反应器构型的不断改进，其单体能量密度增长迅速，但是仍然存在以下问题：电池内阻较大，能量密度低；可用作底物废水种类较为单一；电池多为间歇式工作，需要不断更换基底；电极材料结构单一，产电微生物量少，不利于能量产生；电池反应器装置结构复杂且不可扩充，严重限制其实际推广与应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种可拓展连续流无膜空气阴极微生物燃料电池装置。

本发明的技术方案是：本发明公开了一种可拓展连续流无膜空气阴极微生物燃料电池装置，包括装置外壳、装置密封盖及相间排布的阳极室和阴极室。阳极室内或阴极室内可安装不同材料电极，阳极室间或阴极室间通过带滤网的流道连通，阳极室间流道与阴极室间流道上下错开设置，其中至少一组处于装置最外侧相邻的阳极室与阴极室之间通过小孔连通，与之相对的一组处于装置最外侧相邻的阳极室和阴极室外壳侧壁分别开有进水口和出水口。装置外壳在各阴阳极室底部安装有导电线路，连通各阴阳极室与外负载。装置密封盖在阴极室上方开有小孔，使得阴极室与外界空气连通，促进阴极反应。预处理水流通过进水口连续流入阳极室，水中有机物在微生物催化作用下产生电子和质子，电子通过外电路流经负载到达阴极，质子以通道中的水流为载体迁移至阴极室，使得阳极室组与阴极室组在装置内部电性连通，并使燃料电池装置在处理污水的同时产生电能。

阳极和阴极电极皆为具有较好生物相容性的导电材料，所述导电材料可以为碳基材料的碳刷、碳布、碳纸或活性炭颗粒，电极浸没于流水中，电极最小单位的最小直径大于流道滤网最大口径。阳极室外接导线连接为一体，与阴极室外接导线进行串联构成外接电路。电池装置可以将相邻阴阳极外接导线连接构成单一电池组，并将多个单一电池组并联得到最大外接电路电流。有机污水为生活污水、工业废水、农业废弃物或禽畜废弃物等各类有机污水。

本发明与现有技术相比的有益效果是：1）采用连续流工作模式，不使用质子交换膜，结构简单，不需要人工更换基底材料，大大降低电池内阻和制造维护成本，提高能源利用效率和电池能量密度；2) 以生活污水、工业废水和农业废弃物等各类有机污水为基质，在处理污水的同时产生电能；3) 以具有较好生物相容性的导电材料或者绿色植物为电极材料，不仅价格低廉，而且产电过程中不释放温室效应气体二氧化碳，是一种清洁能源生产装置；4)电池装置可根据实际应用需求进行尺寸调整并可无限扩充，实际应用价值大。

附图说明：

图1（a）为本发明中装置外壳的一个例子的俯视图。

图1（b）为本发明中装置外壳的一个例子的剖视图。

图2（a）为本发明中装置密封盖的一个例子的俯视图。