[实用新型]一种微生物燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，具体涉及一种可利用自然光照再生阴极受体的微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)以其本身所特有的原料来源广泛、反应条件温和，可在常温常压下进行反应、生物相容性好、在发电过程中可同时降解废水和产生电能的独特优势，而成为一种极有潜力的可再生能源。MFC其应用领域可以包括：从生物可降解物质中产生可再生能源、生物制氢、生物传感器、污水处理、欠发达地区的分散型能源等等。在此背景下，许多微生物燃料电池的研究均已开展，但绝大部分研究仍集中于微生物燃料电池的阳极研究领域。

对于燃料电池而言，决定电池性能不仅应考虑阳极因素，而且应考虑阴极因素。就现在的文献报道来说，在采用相同的阳极的条件下，若针对阴极作出改进，往往能获得MFC性能方面的很大提升。目前，国内外MFC的阴极可分为生物阴极和非生物阴极。生物阴极一般采用生长在阴极的生物膜直接还原空气中的氧或污水中的氮化合物，但此种阴极存在着反应活性不高，长期运行性能稳定性差的缺点。对非生物阴极，在制备过程中，通常采用未负载催化剂的碳电极或负载催化剂的电极，使用催化剂能有效的降低阴极电子受体还原的活化能，大大加快反应速度。目前，使用的最多的MFC阴极采用的是以碳载铂作为阴极催化剂，氧气作为最终电子受体，其利用形式主要有溶解氧或直接使用气态氧，虽然氧作为阴极反应电子受体时，具有氧化还原电位较高、易获得、产物为H₂O，无需后处理的优势，但是氧气在水中溶解度很低，其传质速率较小，极大的降低了阴极的性能；而使用气态氧，又存在耗能和催化剂过于昂贵的缺陷。因此，各国研究者们都尝试使用其它电子受体，如：铁氰根离子、生物矿化的氧化锰、高锰酸钾、双氧水和重铬酸钾等等，但是上述电子受体均受到某些因素的制约而不能广泛的应用于MFC的阴极。例如，对于铁氰根离子，虽然它相对于氧气而言，在MFC阴极具有较大的传质系数，但是由于其无法在在氧气中再生，不能持续工作的缺点限制了它的应用；而对于Fe³⁺，虽然它能直接利用空气中的氧气或氧化细菌再生，但电子受体再生速率低下、阴极需要较低pH值才能保持稳定工作等缺点也限制了Fe³⁺作为阴极电子受体在MFC中的应用；另外铁离子的通过渗透进入阳极也是采用Fe3⁺作为阴极电子受体无法回避的难题；使用双氧水，高锰酸钾和重铬酸钾虽然也有着上述优势，但同样存在着无法不耗能再生，需定期更换的问题，这大大的限制了微生物燃料电池的应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种采用可透光的阴极，以多碘离子为阴极电子受体，利用自然光照再生阴极受体的微生物燃料电池。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，提供一种微生物燃料电池，包括阳极室、阴极室、质子交换膜、阳极电极、阴极电极、进水口、出水口，阴极室和阳极室用质子交换膜分隔开，阳极室为密闭结构，在阳极室的内部装有阳极电极，阳极电极完全浸入阳极溶液中；其特点是：进水口设置在阳极室的下部，出水口设置在阳极室的上部，阴极室的外壳由透明材料制成，所述阴极室的顶部设有防尘罩，所述防尘罩上设有透气孔，所述阴极电极固定在防尘罩上，在阴极室内装有易溶于水的碘盐，阴极电极完全浸入阴极溶液中，所述阴极电极为碳纸或碳布或碳毡。

根据本实用新型所述的一种微生物燃料电池的优选方案，所述构成阴极室的外壳由玻璃或聚碳酸酯或聚甲基丙稀酸甲酯制成。

根据本实用新型所述的一种微生物燃料电池的优选方案，在所述阳极室和阴极室的底部设置有磁转子。

本实用新型所述的一种微生物燃料电池的有益效果是：所述阴极为完全透明的开放型结构，不仅克服了一般微生物燃料电池阴极电子受体必须定期更换的缺点，同时也不需要向阴极电极上添加催化剂，不但大大降低了电池的生产成本、避免了催化剂中毒现象，而且还降低了电池的运行成本与复杂度，由于碘有杀菌作用，因而在阴极还不会造成电极堵塞问题，使电池的运行稳定性提高；同时，本实用新型所涉及的微生物燃料电池可以作为一种辅助电源，为偏远山区的家庭或公用设施供电，而且还能作为一种污水处理技术，处理生产和生活中产生的高化学需氧量污水，具有良好的应用前景。

附图说明

图一是本实用新型所述的一种微生物燃料电池结构示意图。

图二是本实用新型所述的一种微生物燃料电池在其阴极加入碘化钾溶液后功率的增加趋势图。