[发明专利]生物阴极型微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物阴极型微生物燃料电池，尤其涉及一种多电极腔体集成的生物阴极型微生物燃料电池。

背景技术

随着我国经济的快速发展，日益频繁的工业生产活动和人类活动造成了严重的水体污染，同时消耗了大量的能源；当今水体污染与能源紧缺已经成为制约我国可持续发展的关键问题。

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell,简称MFC）是一种利用产电微生物降解水中有机污染物并将其化学能原位转化为电能的新型污水处理技术。由于MFC在处理污水的过程中产生的剩余污泥量较少，运行能耗较低，而且可以原位产生电能，能量转化效率较高，因此MFC在近十年受到国内外学者的广泛关注和研究，有望成为未来污水厂节能减排的关键性技术。传统的MFC一般由阳极腔体、分隔材料和阴极腔体3部分组成，污水进入厌氧阳极腔体后被产电微生物所分解，产生的电子和质子分别经过外部电路系统和分隔材料最终传递至阴极腔体，并在阴极催化剂的作用下与氧气反应生成水，整个过程形成回路电流被外部用电设备所利用。放大MFC系统是MFC走向污水处理工业化应用的必经之路，但是目前放大MFC系统的输出功率密度一般随着其体积的放大而急剧降低，其成本则随之大幅度升高，而且单纯的厌氧污水处理效果并不理想，因此大大制约了MFC的放大实用化进程。

发明内容

综上所述，有必要提供一种有利于放大实用化的生物阴极型微生物燃料电池。

一种生物阴极型微生物燃料电池，包括多个阴极腔体、多个阳极腔体以及多个离子交换膜，所述多个阴极腔体及多个阳极腔体相互间隔设置，且每一阴极腔体与相邻的阳极腔体通过一离子交换膜隔开。每一阴极腔体包括：一第一腔体；一阴极活性物质填充于所述第一腔体中；两个第一集电金属网，平行且间隔设置于所述第一腔体中，且平行于所述离子交换膜设置；多个第一电子导出端，间隔设置于所述第一集电金属网上，并与一外部电路相连接；一第一进水口以及一第一出水口，分别设置于所述第一腔体的两端；以及一曝气装置，设置于所述第一腔体设置有所述第一进水口的一端。每一阳极腔体包括：一第二腔体；一阳极活性物质填充于所述第二腔体中；两个第二集电金属网，平行且间隔设置于所述第二腔体中，且平行于所述离子交换膜设置；多个第二电子导出端，间隔设置于所述第二集电金属网上，并与一外部电路相连接；以及一第二进水口以及一第二出水口，分别设置于所述第二腔体的两端。

与现有技术相比较，本发明提供的生物阴极型微生物燃料电池具有以下优点。其一，通过简易堆叠集成多个电极腔体，从而便于微生物燃料电池规模的放大。其二，由于每个阴极腔体和每个阳极腔体之间均设置离子交换膜，因此，可以增加离子传递的通道，并降低离子传递的距离及电池的欧姆阻力。故，微生物燃料电池的产电性能和输出功率密度相比其他构型的微生物燃料电池更高。其三、所述生物阴极型微生物燃料电池可以通过并联连接的方式为同一个外部用电设备供电以提供较大的输出电流，也可以独立连接为多个外部用电设备供电，因此，电池的电能利用较为灵活。其四，污水可以同时并行进出阳极腔体和阴极腔体，也可以串联分级进出阳极腔体和阴极腔体，进而可以灵活地调整电池的污水处理效果和产电性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的生物阴极型微生物燃料电池的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的生物阴极型微生物燃料电池中阴极腔体的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的生物阴极型微生物燃料电池中阳极腔体的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的生物阴极型微生物燃料电池的并行进水方式的示意图。

图5是本发明实施例提供的生物阴极型微生物燃料电池的分级串联进水方式的示意图。

图6是本发明实施例提供的生物阴极型微生物燃料电池中各个电池单元并联对外供电的示意图。

图7是本发明实施例提供的生物阴极型微生物燃料电池中各个电池单元分别单独对外供电的示意图。

主要元件符号说明