[发明专利]一种厌氧流化床微生物燃料电池堆栈装置

说明书

技术领域：

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种厌氧流化床微生物燃料电池堆栈装置，特别是一种微生物燃料电池经串并联的组装堆栈转换装置，适用于在高效处理有机污水的同时得到清洁能源。

背景技术：

目前，世界经济的高速发展带来了能源消耗、环境污染等诸多负面影响，在此背景下世界各国都意识到当今社会能源与环境的重要，合理利用资源，实现废物的资源化利用是节能减排和缓解资源短缺的有效途径。微生物燃料电池作为一种新兴的能源技术，具有其它能源不可比拟的优点：一是直接将底物的化学能转化为电能，能量利用率高；二是原料广泛；三是可以在常温常压下的环境中运行，操作条件温和，电池维护成本低，安全性强；四是可利用生物废物等有机物发电，清洁环保；五是采用空气阴极，不需要曝气等能量的输入。流化床在化工工业中被广泛用作反应器，与传统的固定床与移动床反应器相比，流化床有着明显的优势：生产能力大，单位床层面积的生产能力远高于固定床及移动床，其传热传质系数高，比固定床高1～2个数量级；床层温度均匀控制，对于强热效应反应易实现移热或供热；颗粒处于流动状态，便于物料加入与卸出，适用于固相加工或易失活催化剂状态的连续循环再生。微生物燃料电池是微生物技术与电池技术相结合的产物，利用微生物整体为催化剂，将燃料中的化学能直接转化为电能；微生物燃料电池工作原理为：微生物作为催化剂附着于阳极或者固体颗粒表面，降解葡萄糖、乳酸盐和醋酸盐等有机物产生电子和质子，电子传递到阳极，经过外电路到达阴极，形成电流；产生的质子通过PEM(质子交换膜)或直接通过电解质传递到阴极，在阴极质子与电子、氧化物发生还原反应，从而完成工作；其中，阳极的氧化反应方程式为：C₆H₁₂O₆+6H₂O→6CO₂+24H⁺+24e^-；阴极的还原反应方程式为：6O₂+24H⁺+24e^-→12H₂O。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有微生物燃料电池串联过程中反向电压现象的缺点，寻求设计一种新型厌氧流化床微生物燃料电池串并联堆栈装置，适用于实验室研究，并易于放大和工业化，通过调节进口污水流速和分布板开孔率等改变电池的输出电压，提高废水COD去除效率；MFC堆栈即为微生物燃料电池的串并联，其输出功率并非单个燃料电池的输出功率简单的加减，串联运行时库仑效率只有12%，并联时提高到78%；监测个体电压，电池电压不平衡，反向电压使得电池产生负电压，底物消耗将导致一个电池产生反向电压；单个电池输出电压的变化会导致总功率快速浮动。