[发明专利]一种沉积物型微生物燃料电池长期供电装置

说明书

本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种阵列型排布的水下沉积物型微生物燃料电池长期供电装置，主体结构包括供电单元和储能元件，若干个供电单元以并联的方式连接在储能元件的两端，等效电路为各供电单元以并联的方式连接在储能元件的两端，采用阵列型结构，将单个供电单元直接与储能元件连接，通过多级串并联的方式，提高沉积物型微生物燃料电池长期供电装置的输出电压或输出电流，进而有效提高沉积物型微生物燃料电池的运行稳定性，单个供电单元出现故障后，仍能保证整个沉积物型微生物燃料电池长期供电装置正常运行；其结构简单，能够实现高功率的能量输出，为大功耗用电器提供长期稳定的水下能源供给。

技术领域：

本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种阵列型排布的水下沉积物型微生物燃料电池长期供电装置。

背景技术：

沉积物型微生物燃料电池(SMFCs)是一种布放在海底、湖底或河底等天然水体中的生物电化学装置。沉积物中蕴藏着丰富的有机物和产电微生物，为SMFCs的连续产电提供了充足的物质基础和生物基础。

沉积物型微生物燃料电池(SMFCs)能够为水下低功耗监检测设备提供长期稳定的原位电能，例如：中国专利201010177557.4公开的海泥/海水生物燃料电池系统，利用海泥电池产生的电流，在深远海条件下，为海水或海泥中的金属结构物、钢筋混凝土结构提供外加阴极电流，起到减缓或抑制腐蚀的作用；中国专利201410054687.7公开的一种利于实海使用的海底沉积层微生物燃料电池装置，电池的正负极材料均为导电碳纤维刷，阴阳极碳纤维刷；当布放在海底后，阴极放置在天然海水中，阳极放置在海底沉积物中，装置可实现稳定的电流输出，并驱动仪器运行；中国专利201510126394.X公开的一种有机污染物降解原位监测用海底沉积层生物燃料电池传感器系统，依据海底沉积层生物燃料电池电催化降解原理，电池负极插入海底沉积层(简称海泥)中，正极放置在海水中，沉积层细菌代谢分解污染物产生电子，转移到负极表面，进入电路和正极，构成回路；电池连接数据采集仪、控制器和远程监控系统，测试传感器系统的电流和电压，通过电流监测评价有机污染物降解速率，利用产电微生物能够自发的在海泥电池阳极表面富集的特点，加速降解海底沉积物中有机物的同时产生电能，能够实现海泥中有机污染物的快速去除并驱动海底低功耗用电设备，此外，可根据电池系统产生的电信号的变化，监测污染物的降解率，实现污染物降解的原位监测；中国专利201510125385.9公开的一种海洋监测仪器用海底沉积层燃料电池电源长期供电系统，采用模块化设计，分别包括海底沉积层燃料电池正极模块、负极模块、升压模块、储能模块、海洋监测仪器模块、信息转化与传输模块、控制模块；其中海底沉积层燃料电池利用海底沉积层作为电池负极的导电电解质，电池负极模块置于海底沉积层中，电池正极模块置于海水中，以海水作为导电电解质，正极模块和负极模块通过外部电路相连接构成电池电源；其中，电池电源产生的电能通过电容器储存，满足仪器启动和采样所需的电能后，电池不断为电容器充电，从而满足仪器对电能的长期需求或满足仪器工作所需较大的峰值功率需求；系统通过控制模块调节电能需求，当信息转化与传输模块工作时，控制监测仪器暂停采样，前者工作结束，恢复监测仪器工作状态，将海泥电池布放在海水/海泥界面后，电池的正负极与升压转换器相连接，实现低电压向高电压的转换，然后将电能储存在超级电容中，储存在电容器内的电能可直接供给用电器。

上述专利产品及现有技术中的SMFCs仍然存在输出功率低，运行稳定性差等问题，并且驱动用电器后往往需要较长的休眠时间以积累电能，这就限制了SMFCs的实际应用。研究学者们采用电极改性、预植产电微生物、设计电池构型以及添加电源管理系统等方式，极大地改善了SMFCs的产电性能。但是，SMFCs的性能仍比较差，无法满足长期功能的需求。此外，由于电极材料在海底处于同一电解质中，无法通过串联或并联的方式实现电流的增大或电压的升高。因此，为了提高SMFCs的实用性，研发设计一种阵列型排布的SMFCs系统，以实现电池性能的极大改善。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种沉积物型微生物燃料电池长期供电装置，采用阵列型排布结构，提高SMFCs的输出电压和运行稳定性，为水下警戒设备提供长期稳定的原位电能。