[发明专利]一种生物制剂燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体涉及一种生物制剂燃料电池。

背景技术

生物燃料电池(biofuel cell)是一种利用酶或者微生物组织作为催化剂，将燃料的化学能转化为电能的发电装置。目前研究的比较多的是微生物燃料电池，其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

与现有的其它利用有机物产能的技术相比，微生物燃料电池具有操作上和功能上的优势：首先，它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率；其次，不同于现有的所有生物能处理，微生物燃料电池在常温环境条件下能够有效运作；第三，微生物燃料电池不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，避免了环境污染，有利于节能减排；第四，微生物燃料电池不需要输入较大能量，因为若是单室微生物燃料电池仅需通风就可以被动的补充阴极气体；第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，微生物燃料电池具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。

随着工业化进程的不断发展，环境污染和能源紧缺是当今世界面临的两大挑战。一方面，化石燃料耗竭与全球气候变暖问题的日益严峻，迫使世界各国高度重视可再生能源的研发。构建稳定多样的能源系统，已成为国家战略安全与可持续发展的重要组成部分。另一方面，数量日益庞大的有机废弃物的处置，已成为严重的社会问题。微生物燃料电池，在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。虽然目前已发现很多产电微生物，如希瓦氏菌、地杆菌、克雷伯氏杆菌等，但这些菌种均只能在中性条件下产电。理论上，碱性条件可以抑制甲烷的产生从而有利于电能输出，而且碱性废水是工业废水的重要组成部分。产电微生物如何将有机物代谢产生的电子传递到电极上一直以来是MFC研究的一个重要方向，因此，研究碱性条件下的微生物产电机制对MFC的电能输出与碱性废水的生物处理均有重要意义。

目前，针对如何提高微生物燃料电池的发电效率是研究人员热衷解决的技术问题，其中，作为MFC阳极催化剂的产电微生物是核心。目前，已发现的产电微生物有几十种，它们大多是厌氧菌或者兼性厌氧菌，均存在产电效率低下，处理污水废物的能力较弱等缺陷；如何提高产电微生物的性能是现有技术亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种利用微生物产能的生物制剂燃料电池；本发明还提供了一种复合微生物燃料。

本发明的生物制剂燃料电池的产电能力强，并且利用了工业污水，变废为宝，一举两得。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种生物制剂燃料电池，包括阴极、阴极液、阳极、阳极液、微生物燃料、阳离子交换膜、导线和电阻，通过导线将阴极、阳极以及电阻串联起来形成个回路；阳离子交换膜将阴极液和阳极液隔开，阳极液通入高纯氮气保证处于厌氧状态。

所述的阴极材料和阳极材料为本领域常规的材料，可以是石墨或不锈钢；所述的导线是可导电的金属线，如铜线等；所述的电阻为可调电阻器。

阳极液为：NH₄Cl 1.3％，NaHCO₃ 0.3％，KH₂PO₄ 0.2％，葡萄糖或蔗糖2％，其余为水(重量分数)；或化肥厂工业废水。

阴极液为：浓度8％的铁氰化钾溶液(重量分数)。

本发明还公开了一种生物制剂燃料电池，其由下列重量百分比的原料菌制备而成：

短小芽孢杆菌20％，地衣芽孢杆菌20％，沼泽红假单胞菌20％，铜绿假单胞菌15％，硫还原地杆菌15％，丙酸硫叶菌10％。

所述短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)具体可为CGMCC No.5056(例如参见CN201110347526.3)；

所述地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)可优选为CCTCC NO.M206082(例如参见CN101037659A)；

所述沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)优选为ATCC 17001(例如参见文献K Alef，D Kleiner-Archives of Microbiology，1982)