[发明专利]一种碱性微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及的是一种在碱性条件下工作的微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池是利用微生物氧化有机物将化学能转变为电能的装置。它可以应用于对废水的处理，实现回收废水中的能量同时又净化污水，达到环境和能源的双赢效果。

由于微生物接种来源和生长条件的限制，微生物燃料电池大多工作在中性或弱酸性的电解质。在这种条件下，空气阴极上发生的氧还原反应动力学较差。因此，为了达到良好的阴极性能，阴极催化剂大多使用贵重金属铂。如中国专利“一种用于废水处理的使用废水和活性污泥的生物燃料电池”(公开号CN1164509C)、“一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池”(CN1874040A)、“一种无介体微生物燃料电池”(CN1889297A)、“一种连续折流式直接微生物燃料电池”(CN201117727Y)、“折流板空气阴极微生物燃料电池”(CN101227008A)、“无膜和无介体的微生物燃料电池”(CN1659734)、“生物反应器-直接微生物燃料电池及其用”(CN1949577)、“可堆叠式单室微生物燃料电池”(CN101034754A)、“微生物燃料电池装置和电池及用法以及水处理系统”(CN101118973)、“微生物燃料电池及其处理啤酒废水的方法”(CN101145620)“一种双筒型微生物燃料电池“(CN1937297A)。金属铂不仅价格昂贵而且资源有限，极大地限制了微生物燃料电池在废水处理上的推广应用。研发的过度金属大环络合物，如酞箐铁(FePC)、四苯基啉(COTMPP)替代贵金属铂催化剂，虽获得了与铂催化剂相当的催化性能，也解决了资源短缺的问题，但其催化剂制造复杂，成本仍高，实际应用也存在困难。其它相对便宜的阴极催化材料如二氧化锰、铁离子和锰离子也有研究，但这些催化材料不稳定，长时间运行会溶解到溶液中，需要再生或替换，不但使运行工艺复杂化，而且金属离子溶出造成二次污染。

提高阴极性能是目前微生物燃料电池亟待解决的关键问题。除需要开发成本低廉、稳定性高、催化活性高的空气阴极催化剂外，改变微生物燃料电池的运行条件来提高阴极性能也是另一种途径。在碱性介质中，氧还原反应具有较高的动力学，即使使用成本低廉的非贵金属催化剂作阴极材料也能获得较高的阴极性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种碱性微生物燃料电池。其特点在于阴极催化剂使用成本低廉的非贵金属材料，碱性介质实现高的阴极氧还原性能，从而达到微生物燃料电池的高性能、低成本。

为解决技术问题，本发明提供的技术方案为：

提供一种碱性微生物燃料电池，包括容器状的电池壳体、阳极和空气阴极，所述阳极为活性炭纤维刷、碳布或碳纸，空气阴极为两面分别涂覆聚四氟乙烯扩散层和颗粒活性炭催化层的碳布集电体，且空气阴极以扩散层面向空气、催化层面向溶液置于容器两侧；

该燃料电池启动时的电解液的配制方式为：将有机废水与溶液A按1∶1的体积比混合，并按1克/升的比例加入有机物基质，混合溶液用碱性溶液调节pH值为9～12；

该燃料电池产电运行时的电解液，其配置方法是下述任意一种：第一种电解液的配制方式为：在溶液A中添加0.5～8克/升有机物基质形成溶液B，溶液B用碱性溶液调节pH值为9～12；第二种电解液为有机废水，有机废水用碱性溶液调节pH值为9～12；