CN108987777A - 一种生物电池 - Google Patents

一种生物电池 Download PDF

Info

Publication number
CN108987777A
CN108987777A CN201810663888.5A CN201810663888A CN108987777A CN 108987777 A CN108987777 A CN 108987777A CN 201810663888 A CN201810663888 A CN 201810663888A CN 108987777 A CN108987777 A CN 108987777A
Authority
CN
China
Prior art keywords
biobattery
cathode
proton exchange
exchange membrane
proton
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810663888.5A
Other languages
English (en)
Inventor
唐宏泉
汪建军
刘贤顺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Original Assignee
Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cofco Biochemical Anhui Co Ltd filed Critical Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Priority to CN201810663888.5A priority Critical patent/CN108987777A/zh
Publication of CN108987777A publication Critical patent/CN108987777A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明公开了一种生物电池，包括阳极室、阴极室、反应池和质子交换膜，阳极室、质子交换膜和阴极室在所述反应池内依次排列，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，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水，本发明的生物电池将底物直接转化为电能，保证了高能量转化效率；不需要进行废气处理，不需要输入较大能量，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对能源需求的燃料的多样性。

Description

一种生物电池
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及一种生物电池。
背景技术
生物电池包括生物燃料电池，生物燃料电池是以有机物为燃料，利用酶或微生物作为催化剂，直接将有机物中的化学能转化为电能的一类特殊的燃料电池。生物燃料电池具有能量转化率高、生物相容性好、原料来源广泛等优点，是一种真正意义上的绿色电池，在医疗、航空、环境治理等领域均有重要的使用价值。
生物燃料电池的微型化最早始于本世纪初。研究者采用微电极作为基底电极进行生物修饰制备酶电极，从而实现高功率输出或满足某方面需求的生物燃料电池的构筑。尽管微电极直径限制尺寸在纳米到微米级别，但是其外观尺寸却几乎与常规电极无异，所以整个电池的规模并没有实现真正意义上的微型化。另外一方面，构筑在芯片上的微型化生物燃料电池往往涉及复杂的步骤和精密的技术，如光刻，真空溅射等。某些贵金属基底电极的制备还增加了整个电池的成本。
生物燃料电池阳极电解液在生物燃料电池中占据很重要的位置，它直接影响生物燃料电池的电性能。目前生物燃料电池的电解液成分主要由生物质、氧化剂、酸和溶剂组成，但存在输出最大电压和最大电流密度小的问题，因此，有待进一步改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种生物电池，采用如下技术方案：
一种生物电池，所述生物电池包括阳极室、阴极室、反应池和质子交换膜，所述阳极室、所述质子交换膜和所述阴极室在所述反应池内依次排列。
本发明利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。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，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水。
本发明的生物电池将底物直接转化为电能，保证了高能量转化效率；不需要进行废气处理，不需要输入较大能量，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对能源需求的燃料的多样性。
进一步，阳极室包括金属电极，所述金属电极上接种有产电菌种，产电菌种为希瓦氏菌、地杆菌、克雷伯氏杆菌的一种或几种；阴极室包括二氧化锰和石墨的复合电极；质子交换膜为氟磺酸型质子交换膜；反应池内储有还原糖的水溶液，优选为葡萄糖的水溶液。
进一步，阴极室的制备方法为将二氧化锰与石墨以质量比为1:2-3混合后，加入无水乙醇搅拌10-15min，在搅拌情况下，逐滴加入60％聚四氟乙烯溶液，其中，二氧化锰与聚四氟乙烯的质量比为10-35∶1，继续搅拌20-30min后装入电极槽内得到阴极室。
本发明电极的制备方法简单易操作，能有效的保证电流的传输效率。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
生物电池，包括阳极室、阴极室、反应池和质子交换膜，阳极室、质子交换膜和阴极室在反应池内依次排列。
阳极室包括金属电极，所述金属电极上接种有产电菌种，产电菌种为希瓦氏菌、地杆菌、克雷伯氏杆菌的混合菌种；将二氧化锰与石墨以质量比为1:2混合后，加入无水乙醇搅拌10min，在搅拌情况下，逐滴加入60％聚四氟乙烯溶液，其中，二氧化锰与聚四氟乙烯的质量比为28∶1，继续搅拌25min后装入电极槽内得到阴极室；质子交换膜为氟磺酸型质子交换膜；反应池内储有葡萄糖的水溶液。
根据实验结果验证，本发明的电池中可保持性能稳定，随着pH值的增加，在pH＝10时最大输出电压达到最大值0.62V，功率密度达到最大值2W/m2
上述实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种生物电池，其特征在于，所述生物电池包括阳极室、阴极室、反应池和质子交换膜，所述阳极室、所述质子交换膜和所述阴极室在所述反应池内依次排列。
2.根据权利要求1所述的一种生物电池，其特征在于，所述阳极室包括金属电极，所述金属电极上接种有产电菌种。
3.根据权利要求2所述的一种生物电池，其特征在于，所述产电菌种为希瓦氏菌、地杆菌、克雷伯氏杆菌的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种生物电池，其特征在于，所述阴极室包括二氧化锰和石墨的复合电极。
5.根据权利要求4所述的一种生物电池，其特征在于，所述阴极室的制备方法为将二氧化锰与石墨混合后，加入无水乙醇搅拌，在搅拌情况下，逐滴加入60％聚四氟乙烯溶液，继续搅拌后装入电极槽内得到阴极室。
6.根据权利要求5所述的一种生物电池，其特征在于，所述二氧化锰与石墨混合的质量比为1:2-3，所述二氧化锰与聚四氟乙烯的质量比为10-35∶1。
7.根据权利要求5所述的一种生物电池，其特征在于，所述加入无水乙醇后搅拌的时间为10-15min，所述加入聚四氟乙烯溶液后搅拌的时间为20-30min。
8.根据权利要求1所述的一种生物电池，其特征在于，所述质子交换膜为氟磺酸型质子交换膜。
9.根据权利要求1所述的一种生物电池，其特征在于，所述反应池内储有还原糖的水溶液。
10.根据权利要求9所述的一种生物电池，其特征在于，所述还原糖为葡萄糖。
CN201810663888.5A 2018-06-25 2018-06-25 一种生物电池 Pending CN108987777A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810663888.5A CN108987777A (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种生物电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810663888.5A CN108987777A (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种生物电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108987777A true CN108987777A (zh) 2018-12-11

Family

ID=64538172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810663888.5A Pending CN108987777A (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种生物电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108987777A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1860637A (zh) * 2003-06-27 2006-11-08 西安大略大学 生物燃料电池
CN101355170A (zh) * 2008-09-11 2009-01-28 广东省生态环境与土壤研究所 二氧化锰在制备微生物燃料电池阴极中的应用
CN101702440A (zh) * 2009-10-29 2010-05-05 浙江大学 无金属催化剂的单室微生物燃料电池
CN103401008A (zh) * 2013-07-31 2013-11-20 华南理工大学 利用电容性阳极储存生物电能的方法和装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1860637A (zh) * 2003-06-27 2006-11-08 西安大略大学 生物燃料电池
CN101355170A (zh) * 2008-09-11 2009-01-28 广东省生态环境与土壤研究所 二氧化锰在制备微生物燃料电池阴极中的应用
CN101702440A (zh) * 2009-10-29 2010-05-05 浙江大学 无金属催化剂的单室微生物燃料电池
CN103401008A (zh) * 2013-07-31 2013-11-20 华南理工大学 利用电容性阳极储存生物电能的方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hassan et al. Electricity generation from rice straw using a microbial fuel cell
Kondaveeti et al. Microalgae Scenedesmus obliquus as renewable biomass feedstock for electricity generation in microbial fuel cells (MFCs)
CN102655235B (zh) 一种微生物燃料电池空气阴极及其制备方法
Liu et al. Effect of temperature on the catalytic ability of electrochemically active biofilm as anode catalyst in microbial fuel cells
CN101859908B (zh) 微生物燃料电池及其提高微生物燃料电池产电性能的方法
CN101355170A (zh) 二氧化锰在制备微生物燃料电池阴极中的应用
CN105336964B (zh) 一种氮掺杂碳纳米管/氮化碳复合材料的制备方法及应用
Nguyen et al. Optimization of simultaneous dark fermentation and microbial electrolysis cell for hydrogen production from macroalgae using response surface methodology
CN101552340B (zh) 一种海洋酵母的用途和相应微生物燃料电池及制备方法
CN104810530A (zh) 一种石墨烯-铂纳米粒子-聚吡咯复合材料的制备方法及其应用
Zhuang et al. Development of Enterobacter aerogenes fuel cells: from in situ biohydrogen oxidization to direct electroactive biofilm
CN100511807C (zh) 一种微生物燃料电池及其制备
CN107623139B (zh) 微生物连续发酵玉米秸秆水解液产电方法及电池
CN103682377A (zh) 一种微生物燃料电池空气阴极片的制备方法
CN106450399A (zh) 一种基于微生物表面共展示顺序酶的高性能淀粉/氧气燃料电池
CN106754589B (zh) 混合菌群及其用途、含有该混合菌群的微生物产电体系和微生物燃料电池
CN102117918A (zh) 氮掺杂碳纳米管在制备微生物燃料电池阴极中的应用及其制备方法
Kadier et al. The significance of key operational variables to the enhancement of hydrogen production in a single-chamber microbial electrolysis cell (MEC)
CN101702437B (zh) 铁锰联合修饰材料的制备方法及其在微生物燃料电池中的应用
CN106754456B (zh) 含有该混合菌群的微生物产电体系和微生物燃料电池
CN108987777A (zh) 一种生物电池
Chonde Sonal et al. Bioelectricity production from wastewater using microbial fuel cell (MFC)
CN110729487A (zh) 一种基于二硫化钼复合材料作为阳极的微生物燃料电池
CN106754457B (zh) 混合菌群及其用途、含有该混合菌群的微生物产电体系和微生物燃料电池
EP3637519B1 (en) Microbial battery and fuel cell comprising geobacter sulfurreducens und clostridium pasteurianum

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181211