[发明专利]以气体扩散电极为阴极的单室微生物燃料电池

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种燃料电池，具体地说是一种生物化学燃料电池。

(二)背景技术

2002年，Bond等在海底沉积物中发现一种微生物，可利用乙酸等基质产生电流。随后Logan等人以生活污水、工业废水和动物废物等为底物，构建了新型的微生物燃料电池(MFC)，实现了同步废水处理和污水生物发电。MFC是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物氧化产生电能的装置。MFC在污水处理领域的应用无疑是污水处理理念的重大革新，既净化了污水又回收了生物质能，同时污泥产率低，降低了水厂处理成本，可最大限度地实现污水处理的可持续发展。

大多数生物燃料电池为双池型。例如专利申请号为200410066753.9的专利申请文件中，公开了一种微生物燃料电池的技术方案。该技术方案包括箱体，将箱体分隔成阳极腔体和阴极腔体的隔板，隔板上有孔，孔上设置有氢离子选择膜，阳极腔体内有由葡萄糖、磷酸二氢钠和亚甲基蓝配置的溶液，阳极腔体上盖有密封盖，密封盖上固定有阳极石墨棒，阳极石墨棒的一端伸入阳极腔体内浸于腔体的溶液中，该端具有蜂窝状小孔，蜂窝状小孔中置有啤酒酵母菌及其培养基，阴极腔体内盛有由铁氰化钾和延胡索酸亚铁配置的溶液，在阴极腔体上盖有端盖，端盖上固定有阴极石墨棒，阴极石墨棒的一端伸入阴极腔体内浸于腔体的溶液中。它利用微生物消耗葡萄糖的时候放出的能量转换成电能。这种双池型微生物燃料电池，中间由质子交换摸隔开，这样增加了内阻和电池的造价。

由于微生物细胞含有不导电物质，常常向反应室内加入电子转移介体，以增加电子的传递速率，但多数电子转移介体具有一定毒性，并价格较高，不适用于实际废水处理。近年来，研究者发现大多数废水处理装置中含有可直接传递电子的细菌，不需外加介体就能获得很好的产电性能和有机物的去除效果。

直接空气阴极单室微生物燃料电池(ACMFC)是MFC结构设计的创新，可较好地与废水处理工艺偶联，具有以下优点：(1)阴极直接暴露在空气中代替曝气，减少通气及设备，降低运行费用；(2)空气作阴极电子受体，产物为水，无二次污染；(3)MFC结构简单、体积小，体积功率密度高，去除质子交换膜(PEM)，降低成本，提高电能输出，利于实际应用。研究和开发直接空气阴极系统的MFC具有很大的竞争力。然而目前开发的ACMFC其阳极材料多为碳纸、碳布、碳纤维、碳毡、石墨板、泡沫石墨、多孔石墨、石墨颗粒、石墨纤维等。阴极材料多为载有铂催化剂的碳布。这样构建的生物燃料电池，相对来说成本较高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种即能更高效地发电，又能较好的处理废水，运行和建造成本低的以气体扩散电极为阴极的单室微生物燃料电池。

本发明的目的是这样实现的：

它包括容器、阳极、阴极，所述的阳极为泡沫金属电极，所述的阴极为含有Ag或/和Rb金属催化剂的气体扩散电极，所述的容器为圆筒玻璃容器，容器的下端有进水口、上端有出水口，容器的上部带有密封盖，密封盖中部设有取样口，阳极位于容器的内侧，阴极位于容器的外侧，阳极和阴极延容器圆周布置，两极间通过铜导线连接，并与负载连接组成闭合回路。

本发明还可以包括：

1、容器内设置有磁力搅拌器。

2、所述的含有Ag等金属催化剂的气体扩散电极，由防水透气白膜、催化黑膜、金属网压制而成；催化黑膜是先由活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂按质量比79∶9∶12混合后压制而成适宜厚度的薄膜，Ag等金属催化剂通过还原方式附载其上；防水透气白膜由硫酸钠和PTFE乳液按质量比1∶1制成。

3、所述的含有Ag金属催化剂的气体扩散电极中除含有Ag外还可以含有和微量的Rb。

4、阳极与阴极之间的间距为0.5-1.5mm。