[发明专利]一种基于阳极阵列分布的自呼吸式微生物燃料电池装置

说明书

本发明涉及一种基于阳极阵列分布的自呼吸式微生物燃料电池装置，包括外壳、装置密封盖、传动机构、阳极室和外电路；装置外壳由自呼吸阴极和支撑机构组成，支撑机构分为导电部分和绝缘部分，外壳侧壁分别开有进水口、出水口和传动轴孔，阴极包裹阳极室，阳极室内多个阳极阵列排布，各阳极底部加工有螺纹结构，与传动轴组成蜗杆传动，各电极接有导线经由装置外壳或密封盖连接传统机构。本发明的优点在于：本发明通过阵列分布阳极和自呼吸式阴极的配合，促进产电菌的附着并大大减低电池内阻，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，特别涉及一种基于阳极阵列分布的自呼吸式微生物燃料电池装置。

背景技术

微生物燃料电池是借助多种微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。相比传统燃料电池，微生物燃料电池利用微生物代替昂贵的化学催化剂，且能在产生能源的同时净化污水，发展前景巨大。微生物燃料电池主要由阳极室、阴极室以及中间的隔膜（多为质子交换膜）组成。微生物燃料电池的基本工作原理是：在厌氧环境下，阳极室内悬浮的微生物将复杂的大分子有机物分解为小分子有机物，附着在阳极表面的微生物群落进一步分解小分子有机物和部分大分子有机物，同时产生电子和质子，其中电子通过不同方式传递到阳极，并经由外电路到达阴极，而质子则通过中间质子交换膜到达阴极室，氧化剂(一般为氧气或铁氰化钾溶液) 在阴极与电子和质子发生还原反应，构成完整的电流回路。

但现阶段微生物燃料电池产能低下，不足以实际应用和推广。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：阳极电极比表面积小，不利于微生物的附着和生长；实验室多外加磁力搅拌装置提高电池性能，但是这无疑增加耗能，且实际应用中不可能外加磁力搅拌装置；阴极室多曝气以促进还原反应，但增加成本；质子交换膜成本太高，且易增加电池内阻；电池多为间歇工作，需周期性更换废水，不利于实际应用；新型电池反应器结构复杂且多不可扩充。

因此，研发一种结构简单、大大降低成本、利于微生物的附着、生长以及大大提升实际应用的基于阳极阵列分布的自呼吸式微生物燃料电池装置是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、大大降低成本、利于微生物的附着、生长以及大大提升实际应用的基于阳极阵列分布的自呼吸式微生物燃料电池装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于阳极阵列分布的自呼吸式微生物燃料电池装置，其创新点在于：所述外壳包括支撑机构和自呼吸式阴极，支撑机构包括一绝缘支撑基底密封盖以及设置于绝缘支撑基底密封盖上的导电支撑体，且在导电支撑体的外侧面紧密贴合有自呼吸式阴极，所述导电支撑体和阴极的底部与绝缘支撑基底密封盖固定连接；在所述外壳侧壁上还分别开有进水口、出水口以及传动轴孔；

所述外壳内设有多个呈阵列排布的阳极，且各阳极底部设有外螺纹圆柱结构，所述外壳包裹各阳极，进而形成一阳极室；

所述传动机构包括传动轴以及驱动传动轴旋转的驱动机构，所述传动轴通过传动轴孔设置于阳极室内，且所述阳极底部设有外螺纹圆柱结构与传动轴组成蜗杆传动机构；

所述自呼吸式阴极和阳极的上端皆设接有导线的导电端子，且阳极端子通过固定装置设置于装置密封盖上，所述阳极导线连接为一体，与自呼吸式阴极各导线构成外接电路。

进一步地，所述自呼吸式阴极为天然植物碳化所制碳材料。

进一步地，所述自呼吸式阴极为碳粉、活性炭或石墨颗粒，阴极材料与聚四氟乙烯或全氟磺酸混合固定到支撑体外侧。

进一步地，所述阳极为碳棒、碳刷、石墨棒或金属基材料。

进一步地，通过进水口的水为有机污水。

进一步地，所述有机污水为生活污水、工业废水、农业废水或禽畜废水中的任一种。