[实用新型]一种多功能微生物燃料电池的模块化结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池，详细地说，涉及一种多功能微生物燃料电池的模块化结构。

其特点是通过不同模块的组合可以获得不同应用类型的微生物燃料电池，能实现不同功能的应用。

背景技术

从Grove(W.R.Grove.Voltaic series and the combination of gases byplatinum.Philos.Mag.J.Sci.Ser.，1839，14(86)：127-300.)成功地将氢气和氧气重新结合产生水和电流开始，燃料电池就为众人所知。1911年，英国植物学家Potter(M.C.Potter.Electrical effects accompanying thedecomposition of organic compounds.Proc.R.Soc.London Ser.B，1911，84(571)：260-276.)利用大肠杆菌进行实验时观察到电流的产生。但是这些研究结果并没有被广泛地报道，直到1931 Cohen(B.Cohen.The bacterialculture as an electrical half-cell.J.Bacteriol.1931，21(1)：18-19.)在实验中证明利用微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells，MFCs)获得了高达35V的电压，从此生物燃料电池(Biological Fuel Cells，BFCs)才被广泛地关注。BFCs是利用生物催化剂将化学能转变为电能的装置，包括基于微生物的MFCs和基于酶的BFCs两大类。前者是以整个微生物作为催化剂，实现化学能到电能的转化，而后者则是以酶为催化剂将化学能转化为电能。BFCs具有普通燃料电池不具备的特点：①操作条件温和，普通燃料电池一般在高温和高压下操作，而BFCs一般在常温、常压及接近中性的环境中工作，这降低了电池的维护成本，提高了安全性。②可减少或避免使用铂等贵金属材料，普通燃料电池一般使用昂贵的p-族金属作为催化剂，而BFCs以微生物或酶作为催化剂，大大降低了电池成本。③原料来源广泛，既可利用普通燃料电池不能利用的许多有机、无机物作为燃料，也可直接利用污水或制糖业等的废弃液。④特殊应用，如将以人体内的葡萄糖和氧作为原料的BFCs植入到人体，可作为心脏起搏器等人造器官的电源，也可将其制成药物释放控制器。

MFCs的研究主要分为两大块：一是产能研究(包括体内电源、废水处理及野外电源)；二是生物传感器研究(包括BOD传感器、微生物检测器及环境污染物检测器等)。MFCs的研究最明显的目标仍集中在体内应用，在这里电池可以从血液中获得持久的原料供应，如心脏起搏器、用于糖尿病的葡萄糖传感器等。具体的研究领域包括微生物或酶的筛选、降低电子传递的阻力、选择合适的电极材料、提高阳极和阴极电极表面的反应活性，以及设计合理的MFCs，其目的都是为了提高MFCs的性能，因为其性能主要取决于微生物的代谢速率、流过电极的电流密度、电极的性质、微生物的电子传递及电池结构。