CN201117727Y - 一种连续折流式直接微生物燃料电池 - Google Patents

一种连续折流式直接微生物燃料电池 Download PDF

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CN201117727Y CNU2007200595188U CN200720059518U CN201117727Y CN 201117727 Y CN201117727 Y CN 201117727Y CN U2007200595188 U CNU2007200595188 U CN U2007200595188U CN 200720059518 U CN200720059518 U CN 200720059518U CN 201117727 Y CN201117727 Y CN 201117727Y
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孔晓英
孙永明
李连华
袁振宏
吕鹏梅
庄新姝
许敬亮
吴创之
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本实用新型公开了一种连续折流式直接微生物燃料电池，所述电池包括有复合电极，所述复合电极由阳极、质子交换膜和阴极构成，所述电池的两端设有污水进水管和出水管，所述电池与外电路连接，所述电池内腔中设置有至少两个复合电极，将所述电池的内腔分隔成至少三个间隔；所述复合电极的一端与所述电池内壁固定，另一端与相对的内壁之间留有以连通所述复合电极相邻两间隔的空隙，所述空隙在电池内腔中上下交错对应设置。这种连续折流式直接微生物燃料电池在连续处理污水的同时，能稳定持续给电池供电，且结构简单，使用方便。

Description

一种连续折流式直接微生物燃料电池
技术领域
本实用新型涉及能源领域，尤其涉及一种利用微生物作为催化剂将污染环境的有机生物质连续转化为电能的折流式燃料电池装置。
背景技术
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，简称MFC)是利用微生物作为催化剂将污染环境的有机生物质转化为电能的装置。微生物燃料电池具有操作条件温和，生物相容性强，可利用各种污水为原料并能产生洁净能源的鲜明特点。使其成为在微生物传感器、生物修复、污水处理等方面具有广泛应用前景的技术。但是目前的微生物燃料电池技术在处理常规的环境污染上的能力仍然不足。利用微生物燃料电池处理污水的领域是面临污染和微能源双重需求的环境，有这样需求的环境主要是在航天、极地和远洋科学探险上。
目前，公知的微生物燃料电池实验研究多采用“H”形状的双电池槽，主要是通过管子连接两电极，一般管子内放质子交换膜，常用的质子交换膜有Nafion、Ultrex和盐桥。这种结构电池的关键是膜的选择。这种电池目前多用于基本参数的研究，如新燃料产能情况、特定化合物降解中微生物群落等的研究。双电池槽由于具有较高的内阻限制了电流密度，从而也使它仅限于在实验室应用。当前出现了单电池槽微生物燃料电池，即将阳极、阴极放在同一个池中的电池，此种电池降低了内部阻力，增加电流密度，提高了整个电池的电能输出，主要有上流管状MFC、平板MFC、“三合一”MFC等，但当前研究的电池都只是小量、批量处理废水，输出电压低，使用不方便，只能进行技术研究，没能实现连续处理废水和产电。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可实现连续产电和处理废水的连续折流式直接微生物燃料电池。
为达到以上目的，本实用新型提供了以下的技术方案：一种连续折流式直接微生物燃料电池，所述电池包括有复合电极，所述电池的两端设有污水进水管和出水管，所述电池与外电路连接，所述电池内腔中设置有至少两个复合电极，将所述电池的内腔分隔成至少三个间隔；所述复合电极的一端与所述电池内壁固定，另一端与相对的另一内壁之间留有以连通所述复合电极相邻两间隔的空隙，所述空隙在所述电池内腔中上下交错对应设置。
复合电极中采用质子交换膜将阴极抱住，将复合电极放入废水中，形成单个电池，再将数个这样的电池以折流方式排列在污水槽中，即相邻复合电极中的空隙上下交错对应设置，形成电池组。当污水进入封闭的电池中，一方面微生物厌氧消化有机物质，降低COD(化学需氧量)；另一方面，微生物分解有机物质产生的质子通过质子交换膜进入阴极，同时产生的电子由外电路到达阴极，产生电流。采用这种折流方式，扩大了阳极表面积，增加了污水处理能力，而且电池与外电路连接，可连续进行废水处理的同时并实现连续为电池供电。
所述电池外壳上设有与外电路直接连接的正极和负极；所述正极和负极分别由电池内的复合电极的正极和负极串联形成。将电池内的单个复合电极的正极和负极串联起来形成整个电池的正极和负极，当与外电路连接时，就可使该电池内的每个电池同时连续上作，结构简单，使用方便。
所述复合电极由阳极、质子交换膜和阴极构成，所述阴极由质子交换膜包裹。
所述进水管和出水管设置在所述电池的轴向两端上，所述进水管的位置高于所述出水管的位置。
所述复合电极与所述电池内壁固定一端的两侧采用圆弧连接。采用此种圆弧结构，加速了含有机物质的污水从进水管流入电池内的速度，而且圆弧相对于直角不容易使污物在电池内腔滞留，保证了电池内腔的干净，最大程度上处理了流入的污水。
本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点：这种连续折流式直接微生物燃料电池在连续处理污水的同时(有效去除污水中的COD)，能稳定持续给电池供电，且结构简单，使用方便，可生产清洁能源，推动微生物燃料电池的应用，该电池易于放大，实现工业化应用，能广泛应用于航天、极地和远洋科学探险的污水处理中。
附图说明
图1为本实用新型电池外形结构示意图；
图2为本实用新型电池的俯视结构示意图；
附图标记说明：1、进水管，2、出水管，3、复合电极，4、阳极，5、质子交换膜，6、阴极，7、正极，8、负极，9、电池外壳，10、间隔，11、电池，12、空隙，13、圆弧部。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明内容做进一步详细说明：
请参阅图1和图2，一种连续折流式直接微生物燃料电池11，包括有污水进水管1、出水管2，进水管1和出水管2设置在电池11的轴向两端上，该进水管1的位置高于出水管2的位置；在电池的绝缘电池外壳9上设置有两个接线柱正极7和负极8，并与外电路连接，可实现连续进行废水处理的同时并实现连续产电，整个电池内部采取封闭缺氧。
在本实施例中，电池11外壳内设置有6个复合电极3，每个复合电极3由阳极4、质子交换膜5和阴极6构成，质子交换膜5环绕阴极6，该6个复合电极3将电池11内腔分隔成7个间隔10，复合电极3的一端与所述电池11的内壁固定，复合电极3的另一端与相对的另一内壁之间留有以连通所述复合电极3相邻两间隔10的空隙12；空隙12在所述电池11内腔中上下交错对应设置。复合电极3与电池11内壁固定一端的两侧采用圆弧连接形成一圆弧部(13)。
这种电池在处理废水时，将电池11平放在地上，即电池11的轴向长度要大于其径向长度，并将电池11的污水进水管1设置高于出水管2，这样有助于污水的流动，此时含有有机物质的污水从进水管1进入微生物燃料电池，在厌氧微生物的作用下氧化燃料所生成的电子通过微生物细胞膜传递给复合电极3中阳极4，再经外电路转移到复合电极3中的阴极6，而产生的质子通过质子交换膜5也到达阴极6；电子与质子在阴极6处发生还原反应结合生成水，污水连续通过上述的6个复合电池3，直至污水COD达到排放标准，然后由出水管2排出。把6个单电池的正极和负极串联起来形成整个电池的正极7和负极8，此时再与外电路相连接，这样就构成了连续折流式微生物燃料电池。以上也可通过测定水中的COD来确定电池的数量。

Claims (6)

1、一种连续折流式直接微生物燃料电池，所述电池(11)包括有复合电极(3)，其特征在于：
所述电池(11)的两端设有进水管(1)和出水管(2)，所述电池(11)与外电路连接，
所述电池(11)内腔中设置有至少两个复合电极(3)，将所述电池(11)内腔分隔成至少三个间隔(10)；所述复合电极(3)的一端与所述电池(11)的内壁固定，另一端与相对的内壁之间留有以连通所述复合电极(3)相邻两间隔(10)的空隙(12)；所述空隙(12)在所述电池(11)内腔中上下交错对应设置。
2、根据权利要求1所述的连续折流式直接微生物燃料电池，其特征在于：所述电池(11)外壳上设有与外电路直接连接的正极(7)和负极(8)。
3、根据权利要求2所述的连续折流式直接微生物燃料电池，其特征在于：所述正极(7)和负极(8)分别由电池(11)内的复合电极(3)的正极和负极串联形成。
4、根据权利要求1至3任一所述的连续折流式直接微生物燃料电池，其特征在于：所述复合电极(3)由阳极(4)、质子交换膜(5)和阴极(6)构成，所述阴极(6)由质子交换膜(5)包裹。
5、根据权利要求1至3任一所述的连续折流式直接微生物燃料电池，其特征在于：所述进水管(1)和出水管(2)设置在所述电池(11)的轴向两端上，所述进水管(1)的位置高于所述出水管(2)的位置。
6、根据权利要求1至3任一所述的连续折流式直接微生物燃料电池，其特征在于：所述复合电极(3)与所述电池(11)内壁固定的一端的两侧采用圆弧连接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101673837B (zh) * 2009-09-22 2011-08-17 北京大学深圳研究生院 微生物燃料电池系统和微生物污水处理及产生电能的方法
CN108461770A (zh) * 2018-06-06 2018-08-28 广西师范大学 一种处理含毒性物质工业废水的多极串联mfc-好氧生物槽耦合装置

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