[发明专利]一种空气透过阴极双室微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气透过阴极双室微生物燃料电池，透过的空气为阴极提供充足的溶氧作为微生物燃料电池的电子受体，属于绿色生物能源技术领域。

背景技术

传统的微生物燃料电池 (Microbial Fuel Cell, MFC) 由一个阳极室和一个阴极室组成，两极室之间通过质子交换膜（PEM）相隔。其主要原理是以阳极微生物作为催化剂厌氧氧化碳水化合物（如葡萄糖、乙酸钠等），产生电子、质子和二氧化碳。电子传输到阳极通过外电路负载到达阴极，质子通过质子交换膜由阳极室到达阴极室，阴极室电子受体（以O₂为例）在阴极得到电子而被还原，从而形成回路，产生电流。微生物燃料电池是一种绿色新能源技术，在近几年得到广泛深入地研究，为解决能源短缺问题提供了一条新途径。

MFC 的反应器从结构上分可以大体分为单室 MFC 和双室 MFC 两大类，而阴极的设计形式决定了 MFC 反应器的设计形式；另一方面，阴极过高的电位损失是限制 MFC 功率密度进一步提高的重要因素。空气取之不尽，用之不绝，利用空气中的氧气作为生物燃料电池的阴极电子受体具有很大的成本优势。专利申请号为CN201110214160.2，发明名称为“一种生物阴极自然充氧的微生物燃料电池”的中国专利申请通过在阴极室由上而下依次设置布水区、接触氧化区和底槽强化自然充氧效果，但是阴极室结构相对复杂。目前以氧气做为阴极室电子受体的微生物燃料电池常用机械曝气的形式进行曝气，能源耗费较大，成本较高，有必要提供一种结构简单又能较好的实现空气自然进入阴极的微生物燃料电池。

发明内容

1、技术方案：本发明的目的是提供一种空气透过阴极双室微生物燃料电池阴极，为阴极提供了充足的溶氧，省去阴极常用的机械曝气，节省耗能，降低操作成本，实现真正意义上可持续性的 MFC；该阴极室结构具有设计简单，可操作性强，基础和运行费用大大降低等优点。

2、具体的运用方法：本发明提供一种空气透过阴极双室微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间由阳离子交换膜隔开，阳极室和阴极室各自设有挡板、取样加液口，阳极和阴极分别位于阳极室和阴极室，并通过导线和外电阻连成闭合回路。需要清空反应器时，可以打开挡板将电极液全部排出。

阳极室与阳极挡板、阳极室与阴极室、阴极室与阴极挡板两两通过螺栓和螺帽固定。

阳极挡板为边长同阳极室裙边长相等的正方形有机玻璃板，带有与阳极室裙边对应的螺孔；阴极挡板为边长同阴极室裙边长相等的、中间带有开口的正方形有机玻璃板，并带有与阴极室裙边对应的螺孔。

阳极液为KH₂PO₄ 6.28g/L，K₂HPO₄ 10.08 g/L，NaHCO₃ 2.0 g/L，NaCl 0.5 g/L，Na₂SO₄ 0.5 g/L，MgSO₄.7H₂O 0.2 g/L，NaAc 0.82 g/L；阴极液为KH₂PO₄ 6.28g/L，K₂HPO₄ 10.08 g/L，NaHCO₃ 2.0 g/L，NaCl 0.5 g/L，Na₂SO₄ 0.5 g/L，MgSO₄.7H₂O 0.2 g/L 。

3、有益效果：本发明采用获取方便，取之不尽的氧气作为微生物燃料电池的电子受体，空气透过阴极，提高了阴极室溶解氧浓度，避免了常用的机械曝气；节约了操作成本，实现了真正意义上可持续的 MFC；该阴极结构具有设计简单，可操作性强，基础和运行费用大大降低等优点。

附图说明

图1为本发明所述空气透过阴极双室微生物燃料电池示意图。

图中标示：1-阳极室、2-阴极室、3-阳离子交换膜、4-阳极、5-阴极、6-阳极挡板、7-阴极开口挡板、8-取样孔塞、9-取样孔、10-电阻、11-导线、12-螺栓、13-螺母。

图2 为本发明所述空气透过阴极双室微生物燃料电池极化曲线（A）和功率密度曲线（B）图。

 具体实施方式

本发明提供了一种空气透过阴极双室微生物燃料电池，以下结合附图对具体实施方式加以说明。