[发明专利]一种农业废弃物燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于直接液体催化燃料电池领域，具体涉及一种农业废弃物燃料电池，在低温下直接将农业废弃物中生物质能转化为电能，兼具环保和电能输出功率密度高、电化学效率高的优点。

背景技术

农业废弃物是在农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要含有纤维素、半纤维素、木质素、可溶性糖和蛋白等。我国是农业大国，农业废弃物具有巨大的资源化潜力。以秸秆为例，我国每年可产生上亿吨秸秆，秸秆资源十分丰富。农作物秸秆的资源化利用，既可以增加农民收益，也可以减少环境污染，有效利用可再生资源，对于我国农村发展循环经济，推进农业可持续发展具有重要意义。再以与秸秆化学组成类似的酒糟为例，目前我国每年白酒酒糟年产量已超过1亿吨，是白酒行业最大的副产物。酒糟酸度大，不易保存，容易腐烂变质而造成严重的环境污染。如何合理有效利用酒糟，是实现白酒产业资源化利用和可持续发展的关键。

农业废弃物发电不但可以实现农业废弃物的安全处理，同时还可以实现农业废弃物资源化利用，是农业废弃物合理利用的发展趋势。燃料电池具有能量转化效率高和绿色环保的优点，被认为是一项非常具有前景的技术。以农业废弃物为底物的微生物燃料电池技术，可以实现农业废弃物降解和发电同步，功率输出密度一般为0.004-0.025mW/cm²。然而，该技术也存在诸多不足，主要包括输出功率密度低、稳定性差、农业废弃物降解效率低和电极材料催化剂价格昂贵等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种农业废弃物燃料电池，可以在低温下直接将农业废弃物转化为电能，兼具环保和电能输出功率密度高、电化学效率高的优点。本发明采取如下技术方案：

(1)一种农业废弃物燃料电池，包括阳极侧组成物质、阳极循环系统、质子交换膜、阴极侧组成物质和阴极循环系统，所述的质子交换膜置于阴极循环系统和阳极循环系统之间，阳极侧组成物质储存于阳极循环系统内，阴极侧组成物质储存于阴极循环系统内，两侧物质被质子交换膜隔离开，阳极侧组成物质通过阳极循环系统将携带的电子传递到外部电路中，质子通过质子交换膜与通过阴极循环系统泵入阴极侧组成物质、外电路电子结合生成水。

(2)根据(1)所述的农业废弃物燃料电池，所述质子交换膜具有第一侧和第二侧，阳极电极及溶液置于质子交换膜的第一侧，阴极电极及溶液置于质子交换膜的第二侧。

(3)根据(1)或(2)所述的农业废弃物燃料电池，所述阳极循环系统包括阳极液体循环泵、过滤器、连接阳极电极板与阳极反应池的阳极管路。

(4)根据(1)-(3)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述阴极循环系统包括阴极循环泵、连接阴极电极板与阴极反应池的阴极管路。

(5)根据(1)-(4)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述阳极侧组成物质包括农业废弃物、氧化剂、水、促进剂、农业废弃物降解过程中所生成的中间产物。

(6)根据(1)-(5)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述农业废弃物的干基的纤维素、半纤维素和木质素中任何一项的含量或任意两项的含量之和或三项含量之和超过30％。

基于脱水后农业废弃物干基的总有机碳含量在30％以上，基于脱水后农业废弃物干基在高纯氮气保护下以10℃/min的升温速率线性升温到1000℃，在200-400℃升温热解区间的失重率在30％以上。

所述农业废弃物可为农业的种植、收割和生产加工过程中被丢弃的有机类物质，含水量在0-90％之间。

(7)根据(1)-(6)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述农业废弃物的颗粒物直径为15nm-100cm。

(8)根据(1)-(7)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述农业废弃物需要经过粉碎、水中浸泡、酸洗和水洗的预处理过程，从而除去泥沙、金属屑等杂质，降低灰分含量。

(9)根据(1)-(8)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述农业废弃物的质量浓度为0.5-70％，所述农业废弃物质量浓度以农业废弃物干基为标准。

(10)根据(1)-(9)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述农业废弃物与氧化剂之间的氧化还原反应由光照或者加热或者光照和加热同时作用引发。

(11)根据(1)-(10)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述光照为太阳光或者人造光源或者太阳光与人造光组合。

(12)根据(1)-(11)任一项所述的农业废弃物燃料电池，所述光照强度范围为1-100mW/cm²。