CN213878158U - 一种具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池，属于新能源技术领域。该沉积物微生物燃料电池包括阳极、阴极、负载和导线，所述阳极和负载之间、负载和阴极之间均采用导线连接，采用该沉积物微生物燃料电池产电时，将阳极埋置于沉积物中，再将有机质模块放置在阳极表面，然后将阴极置于上覆水中，采用导线将阳极和阴极连接，并在阳极和阴极之间串联负载。本实用新型通过在阳极上方用有机质模块替代沉积物，实现促进氢离子迁移、提高有机质含量，以及降低阳极表面溶解氧浓度，从而显著提升沉积物微生物燃料电池产电性能。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源技术领域，具体涉及一种具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池。
背景技术
沉积物微生物燃料电池是利用淹水土壤或底泥中的产电细菌，将有机质的化学能转化为电能。由于沉积物微生物燃料电池成本较低，并且有在野外为小功率电器提供电能的可能性，因此受到广泛关注。在沉积物微生物燃料电池运行过程中，氢离子从阳极表面向阴极表面的迁移是电能产生的重要步骤，这是因为阴极反应只有在氢离子存在的前提下才能进行。但是覆盖在阳极上方的土壤或者底泥严重阻碍了氢离子向阴极的迁移，造成沉积物微生物燃料电池内阻较高，导致产电性能较差。如果只是除去阳极上方的土壤或者底泥，又会导致水中的溶解氧直接接触阳极，从而抑制厌氧的产电细菌活性，因此并不能提高产电。除此之外，土壤或底泥中有机质含量十分有限，也是阻碍产电性能的重要因素。因此，采用何种办法能够同时实现促进氢离子迁移、提高有机质含量，以及降低阳极表面溶解氧浓度，成为突破沉积物微生物燃料电池产电瓶颈的关键。
实用新型内容
解决的技术问题：为了解决现有沉积物微生物燃料电池产电性能受限的问题，本实用新型提供了一种具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池，通过在阳极上方用有机质模块替代沉积物，有效提高沉积物微生物燃料电池的产电性能。
技术方案：
一种具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池，包括阳极、有机质模块、阴极、负载和导线，所述阳极和负载之间、负载和阴极之间均采用导线连接；
采用该沉积物微生物燃料电池产电时，将阳极埋置于沉积物中，再将有机质模块放置在阳极上部，然后将阴极置于上覆水中，采用导线将阳极和阴极连接，并在阳极和阴极之间串联负载；
所述有机质模块为封闭的网状模块，其中装填有可降解的有机物。
进一步地，所述网状模块的材质为塑料或金属。
进一步地，所述网状模块的形状为圆柱体、长方体或立方体。
进一步地，所述阳极和阴极的形状为网状或片状，材质为碳毡、碳布、石墨、不锈钢、钛或铂。
进一步地，所述导线的材质为铜、铝或钛。
进一步地，所述负载为电阻或小功率电器。
有益效果：本实用新型通过在阳极上方用有机质模块替代沉积物，实现促进氢离子迁移、提高有机质含量，以及降低阳极表面溶解氧浓度，从而显著提升沉积物微生物燃料电池产电性能。本发明还具有成本低、操作简单、产电过程不使用任何化学物质的优点。
附图说明
图1 为本实用新型沉积物微生物燃料电池的结构示意图；其中，1-阳极，2-有机质模块，3-可降解的有机物，4-阴极，5-导线和6-负载。
图2为实施例1沉积物微生物燃料电池的输出电压曲线。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本实用新型的内容，但不应理解为对本实用新型的限制。在不背离本实用新型精神和实质的情况下，对本实用新型方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本实用新型的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
如图1所示，本实用新型提供了一种具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池，其中装置包括阳极1，有机质模块2，可降解的有机物3，阴极4，导线5和负载6。
在实验室中采用将水稻土淹水构建人工湿地环境。具体地，在水稻土中向下挖出直径5 cm、深5 cm的孔洞，将直径5 cm的碳毡作为阳极置于孔洞底部。将水稻秸秆剪碎后放入直径5 cm、高度5 cm的圆柱形塑料网中，作为有机质模块，网孔孔径为1 mm，然后将有机质模块插入水稻土孔洞中。阴极采用直径5 cm的铂网，固定于有机质模块上方的上覆水中。阴极和阳极用钛丝导线连接，并串联1000 Ω外阻。采用数据采集卡每隔15 min记录一次外阻两端电压数据。
为了验证本实用新型的可靠性，同时运行了三个具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池，作为三次重复。如图2所示，运行4天后，1000 Ω外阻两端电压接近150 mV并且保持长时间稳定。
与文献报道的普通沉积物微生物燃料电池相比，本实用新型的电压启动时间短、输出电压高。
Claims (6)
1.一种具有较高产电性能的沉积物微生物燃料电池，包括阳极（1）、阴极（4）、负载（6）和导线（5），所述阳极（1）和负载（6）之间、负载（6）和阴极（4）之间均采用导线（5）连接，其特征在于：该沉积物微生物燃料电池还包括有机质模块（2）；
采用该沉积物微生物燃料电池产电时，将阳极（1）埋置于沉积物中，再将有机质模块（2）放置在阳极（1）上部，然后将阴极（4）置于上覆水中，采用导线（5）将阳极（1）和阴极（4）连接，并在阳极（1）和阴极（4）之间串联负载（6）；
所述有机质模块（2）为封闭的网状模块，其中装填有可降解的有机物（3）。
2.根据权利要求1所述的沉积物微生物燃料电池，其特征在于：所述网状模块的材质为塑料或金属。
3.根据权利要求1所述的沉积物微生物燃料电池，其特征在于：所述网状模块的形状为圆柱体、长方体或立方体。
4.根据权利要求1所述的沉积物微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极（1）和阴极（4）的形状为网状或片状，材质为碳毡、碳布、石墨、不锈钢、钛或铂。
5.根据权利要求1所述的沉积物微生物燃料电池，其特征在于：所述导线（5）的材质为铜、铝或钛。
6.根据权利要求1所述的沉积物微生物燃料电池，其特征在于：所述负载（6）为电阻或小功率电器。
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