CN103427101A - 一种应用微生物燃料电池由废水产生电能及升压存储的方法 - Google Patents

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陶虎春
丁辉
李鹏松
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Peking University Shenzhen Graduate School
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Abstract

本发明提供一种应用微生物燃料电池由有机废水产生电能，并将电能升压存储到锂电池中的方法，属于水处理工艺领域，具体是利用微生物燃料电池氧化有机废水产生电能，输出的电能经过DC/DC升压转换器升压到适当电压，然后存储到锂电池中。

Description

一种应用微生物燃料电池由废水产生电能及升压存储的方法
技术领域
本发明涉及水处理工艺领域，具体涉及生物电化学系统应用领域。
背景技术
微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物作为催化剂，将有机物中的化学能转化为电能的装置。其原理是，MFC阳极的厌氧活性微生物可以分解有机物释放出电子，电子通过适宜的电子传递介体或纳米导线等被传递到阳极上，然后通过外电路传递到阴极形成电流，在阴极与电子受体相结合，两极间还有一些离子的平衡移动使整个过程形成一个完整的回路。
能源短缺与环境污染是当今人类发展所面临的两个重大危机和挑战，MFC正是针对这两大问题的良方。环境污染中的大多数的废水中含有大量的可生物利用的有机物，可以作为MFC的底物。MFC可以利用这些有机污染物产生电能，同时实现对污水的处理，既处理了污染又产生了能源。
然而，目前针对MFC的大多数研究都是利用它来处理污染物，MFC可以产生电能，但其产生的电能相当微弱，而且电压也较低，难以被直接利用。例如，以氧气为电子受体、乙酸盐作为阳极底物时，理论上MFC的开路电压为1.1V，最大功率密度为17Wm-2和1600kWm-3，而目前能达到的最佳值为0.83V、6.86Wm-2、1.55kWm-3。如何将MFC产生的这部分电能收集利用一直是困扰研究者的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于建立一种利用微生物燃料电池由废水产生电能，并且将产生电能的升压存储的方法，实现同时处理有机废水和产生可以被直接利用的电能。
本发明方法包括利用废水产生电能、电能的升压和电能的存储三部分，可以分别由微生物燃料电池、DC/DC升压转化器和锂电池三部分装置来实现。所述微生物燃料电池可以为单室或双室，两极间距小于1cm，以保证较低的内阻；阳极室中接种有厌氧活性产电微生物，当向其中引入有机废水时，活性产电微生物能够氧化其中的有机物产生电子，电子被传递到阳极上，再经过外电路传递到阴极与特定的电子受体发生反应。所述的外电路中连接有DC/DC升压转化器。所述的DC/DC升压转化器能够利用直流超低电压，将其升举到可充入锂电的电压水平。DC/DC升压转化器的输出端连接到一个锂电池上，升举后的电压可以实现对锂电池的充电。所述的锂电池为可反复利用的易于充电的锂电池。 
附图说明
图1为本发明实施例的微生物燃料电池的结构示意图。
图2为本发明实施例的微生物燃料电池的连续运行图（外阻15欧姆）。
图3为本发明实施例的DC/DC升压转化器示意图。
图4为本发明实施例的充电过程中微生物燃料电池随时间的输出电压变化。
图5为本发明实施例的充电过程中锂电池随时间的电压变化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面以实施案例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
1. 微生物燃料电池
（1）构造：
本实例采用单室空气阴极MFC，反应器为有机玻璃制作，如图1所示。阳极室内部尺寸为7cm*15cm*2cm，其中设置有碳毡制作的阳极1，其尺寸为7cm*15cm*1cm，用钛丝连接固定并引出阳极室，加入阳极后阳极室的有效体积为150ml。在阳极室的一侧设有一个5cm*7cm的开口，阴极2设置于这一开口处，其尺寸为6cm*8cm，正好覆盖于开口上，四周密封，用钛丝连接阴极并导出；阴极为以碳布4制作的空气扩散阴极，面向阳极室内一侧附有0.5mgcm-2铂催化剂3，面向空气一侧附有四层空气扩散层5（PTFE涂层）。阳极室设有可开闭的添加和去除废水的进出水口6。
两电极端连接有数据采集器（Adam-4017，研华科技，中国）每隔30S记录电压值，并将数据传输存储至PC中。
（2）阳极液和活性微生物
阳极液采用模拟废水，主要成分为：葡萄糖（1g/L），NH4Cl（0.62g/L），NaH2PO4·H2O（4.90g/L），NaH2PO4（9.15g/L），KCl（0.26g/L）以及少量微量元素和维生素，使用前曝氮气20分钟。
阳极接种活性微生物为本实验室长期运行的MFC阳极中的微生物。
（3）启动
启动MFC时，MFC外电路仅连接1000欧姆外阻。接种100ml含活性微生物的废水和50ml阳极液到MFC阳极室，保证厌氧环境，72h后更换50ml新鲜阳极液。之后每隔24h，更换50ml新鲜阳极液，直至产生的电压稳定。
电压稳定后，更换外电路电阻为15欧姆，连续运行MFC反应器。每当电压降至20mV以下时，更换50ml新鲜阳极液，直达电压稳定。见图2。
2. 升压存储装置
采用LTC3108芯片（凌力尔特，美国）及其辅助电路连接成DC/DC升压转化器，如图3所示。MFC的阳极和阴极引出的导线分别连接DC/DC升压转化器电路输入端的负极和正极。DC/DC升压转化器电路的输出端连接锂电池（型号351015，额定电压3.7V，容量20mAh）。
3. 电能的升压存储
待MFC电压降至20mV以下时，更换50ml新鲜阳极液，并将其连接至DC/DC升压转化器的输入端，DC/DC升压转化器的输出端连接有已经过一段时间放电的锂电池。分别记录MFC的输出电压和锂电池的电压。
经过96个小时的运行，结果如图4、图5所示。由图4可见，MFC运行了7个周期，每当加入新鲜阳极液，MFC的输出电压都迅速升高，经过1-2小时即可达到最大值，然后维持电压较高状态下运行一段时间后再较快速的下降。MFC大部分的时间的电压都维持在30-42mV之间。图5所示的是被MFC升压充电的锂电池的电压变化，可以看出锂电池的电压缓慢升高，由3.276V升高至3.724V。并且，锂电池的电压变化随着MFC的周期变化而呈现阶段性的变化，当MFC的电压在较高水平时，锂电池的电压升高较快；当MFC的电压在较低水平时，锂电的电压升高缓慢或者保持不变。这证明了MFC经过DC/DC升压转化器可以将产生的电能存储到锂电池中。

Claims (4)

1.一种利用微生物燃料电池由废水产生电能及升压存储的方法，其特征在于，采用DC/DC升压转换器将微生物燃料电池产生的电能直接升压存储到锂电池中。
2.如权利要求1所述的利用微生物燃料电池由废水产生电能及升压存储的方法，其特征在于，所述的微生物燃料电池能够利用有机废水产生电能，并且将该电能升压到可以被正常使用的水平，存储积累后的电能可以应用到生活中的多个方面，真正实现废水处理与产生能源的双重作用。
3.如权利要求1所述的利用微生物燃料电池由废水产生电能及升压存储的方法，其特征在于，直接的连续的运用DC/DC升压转换器对MFC的低电压进行升压，不需要其它转化或者间歇性积累。
4.如权利要求1所述的利用微生物燃料电池由废水产生电能及升压存储的方法，其特征在于，将微生物燃料电池从废水中回收的电能存储到锂电池中，先蓄积后利用，适合微生物燃料电池产生的电能较微弱的特点，也能保障对后续应用的有效支持。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105565512A (zh) * 2016-03-17 2016-05-11 南开大学 一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法
CN106229532A (zh) * 2016-08-26 2016-12-14 天津工业大学 一种用于微生物燃料电池产电收集的电能管理系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003096467A1 (en) * 2002-05-14 2003-11-20 Korea Institute Of Science And Technology Membraneless and mediatorless microbial fuel cell
CN101943677A (zh) * 2010-09-07 2011-01-12 东南大学 自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003096467A1 (en) * 2002-05-14 2003-11-20 Korea Institute Of Science And Technology Membraneless and mediatorless microbial fuel cell
CN101943677A (zh) * 2010-09-07 2011-01-12 东南大学 自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭伟等: "微生物燃料电池在废水处理中的应用研究进展", 《河南师范大学学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105565512A (zh) * 2016-03-17 2016-05-11 南开大学 一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法
CN106229532A (zh) * 2016-08-26 2016-12-14 天津工业大学 一种用于微生物燃料电池产电收集的电能管理系统
CN106229532B (zh) * 2016-08-26 2018-08-31 天津工业大学 一种用于微生物燃料电池产电收集的电能管理系统

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