CN218827283U - 一种微型微生物燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型微生物燃料电池，包括电池主体，所述电池主体由阴极硅晶片、第一疏水板、质子交换膜、第二疏水板、阳极硅晶片依次贴合组成，所述第一疏水板与所述第二疏水板设为空心结构，所述质子交换膜与所述阴极硅晶片可将第一疏水板的空心结构围合形成阴极室，所述质子交换膜与阳极硅晶片可将第二疏水板的空心结构围合形成阳极室，所述第一疏水板的侧面设有第一微管，所述第二疏水板的侧面设有第二微管，所述电池主体连接外部电路，该电池可以通过降低阴极阳极接触的电阻，有效地提高输出电压。

Description

一种微型微生物燃料电池

技术领域

本实用新型涉及微生物燃料电池与水处理技术领域，尤其涉及一种微型微生物燃料电池。

背景技术

紧凑高效的电源是完成自主传感器和微系统不可或缺的组成部分。微生物燃料电池(MFC)是一种利用微生物进行水净化和自我维持发电的环保方法。微型MFC也可以作为芯片实验室和类似集成设备的有用电源，有机物质分解以回收能量在自然界中是一个自然发生的过程，以MFC形式提取电电荷的可能性在实际应用中具有巨大潜力，例如可植入医疗传感器和远程位置的长期监测系统。

通常，电子在生物过程中被提取以提供电活性。在工程燃料电池系统中，电子介体已用于从电池或亚细胞组件中提取电子和质子。电子通过导电电极(阳极)向外传输，质子通过质子交换膜(PEM)传输，并还原阴极室中的氧化剂。由于许多损耗机制，特别是在电子转移过程中发生大量的损耗，有限输出工作电压导致发电流小。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种微型微生物燃料电池，该电池可以通过降低阴极阳极接触的电阻，有效地提高输出电压。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微型微生物燃料电池，包括电池主体，所述电池主体由阴极硅晶片、第一疏水板、质子交换膜、第二疏水板、阳极硅晶片依次贴合组成，所述第一疏水板与所述第二疏水板设为空心结构，所述质子交换膜与所述阴极硅晶片可将第一疏水板的空心结构围合形成阴极室，所述质子交换膜与阳极硅晶片可将第二疏水板的空心结构围合形成阳极室，所述第一疏水板的侧面设有第一微管，所述第二疏水板的侧面设有第二微管，所述电池主体连接外部电路。

进一步地，所述第一微管包括阴极进液管与阴极出液管，所述阴极进液管与所述阴极出液管设于第一疏水板的两侧。

进一步地，所述第二微管包括阳极进液管与阳极出液管，所述阳极进液管与阳极出液管设于第二疏水板的两侧。

进一步地，所述第一疏水板与所述第二疏水板均采用聚二甲基硅氧烷材料制成，所述阳极室与所述阴极室的体积均为40ml。

进一步地，所述阳极硅晶片上设有纳米结构区，所述纳米结构区由垂直排列的10μm宽、36μm高、10μm间隔的碳纳米管阵列组成。

进一步地，所述阳极硅晶片上设有集成硅化镍接触区，所述硅化镍接触区面积设为25nm*45nm。

进一步地，所述电池连接的外部电路采用100Ω的电阻负载，所述电阻负载可通过铜线连接到阳极硅化镍接触区域及阴极。

进一步地，所述阴极硅晶片与阳极硅晶片的尺寸均为10mm*10mm。

进一步地，所述质子交换膜的厚度为25μm。

进一步地，所述电池本体的厚度为5mm。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种微型微生物燃料电池，该电池可以通过降低阴极阳极接触的电阻，有效地提高输出电压。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型结构拆分示意图；

图2是本实用新型的剖面视图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本实用新型创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1至图2，一种微型微生物燃料电池，依次设有阴极硅晶片2、第一疏水板3、质子交换膜4、第二疏水板5、阳极硅晶片6，通过机械夹的上夹101与机械夹的下夹102将所有组件夹紧在一起，形成电池本体，所述电池本体连接外部电路。

所述第一疏水板3与所述第二疏水板5均采用聚二甲基硅氧烷材料制成，所述第一疏水板3与所述第二疏水板5均设为空心结构，所述质子交换膜4与所述阴极硅晶片2可将第一疏水板3的空心结构围合形成阴极室303，所述质子交换膜4与所述阳极硅晶片6可将第二疏水板5的空心结构围合形成阳极室503。

所述第一疏水板3的两侧分别设有阴极进液管301与阴极出液管302，通过使用注射泵将待处理的溶液从阴极进液管301输送进阴极室303中，处理完成后的溶液可以通过阴极出液管302输送至外部。所述第二疏水板5的两侧分别设有阳极进液管501与阳极出液管502，通过使用注射器手动将待处理的溶液从阳极进液管501输送至阳极室503，处理完成后的溶液也通过阳极出液管502输送至外部。

所述的阳极硅晶片6与第二疏水板5的接触面设有纳米结构区601与硅化镍接触区域602，所述纳米结构区601可以增加阳极表面与体积比，提高微生物将电子耦合并转移到阳极的能力，所述硅化镍接触区域602通过提供低电阻接触区域来提高输出电流，从而更有效地将来自阳极的电子穿出器件，所述纳米结构区601与所述硅化镍接触区域602之间的电阻比仅硅接触区域的电阻低，本实用新型中的集成硅化镍接触区可实现比常规硅接触区更高的最大驱动电流输出，可以提供更高的能量转换率。

在本实施例中，所述电池本体连接的外部电路使用100Ω电阻负载，所述电阻负载通过铜线7连接到阳极硅晶片的硅化镍接触区域602和阴极硅晶片2，所述阴极进液管301、阴极出液管302、阳极进液管501、阳极出液管502均采用500μm的微管，所述阴极硅晶片2与阳极硅晶片6的尺寸为10mm*10mm，所述阴极室303与阳极室503的室体积设为40μL，阳极进液管501通过注射器手动将醋酸盐介质阳极电解液1g/L或待处理的废水输送至阳极室503，反应后的阳极电解液或废水通过注射器从阳极出液管502抽出；阴极进液管301通过注射泵以0.1ml/分钟的速度将阴极电解液铁氰化物输送至阴极室303，反应后的阴极电解液通过注射器从阴极出液管302抽出；本实施例中，质子交换膜的厚度为25μm，电池整体被机械夹夹紧后的厚度为5mm。

本实用新型提供的一种微型微生物燃料电池，可以通过降低阴极阳极接触的电阻，有效地提高输出电压，通过在阳极硅晶片上设有集成硅化镍接触区，可实现比常规硅接触区更高的最大驱动电流输出，可以提供更高的能量转换率，通过在阳极硅晶片上设有纳米结构区，可以增加阳极表面与体积比，提高微生物将电子耦合并转移到阳极的能力。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种微型微生物燃料电池，包括电池主体，其特征在于：所述电池主体由阴极硅晶片、第一疏水板、质子交换膜、第二疏水板、阳极硅晶片依次贴合组成，所述第一疏水板与所述第二疏水板设为空心结构，所述质子交换膜与所述阴极硅晶片可将第一疏水板的空心结构围合形成阴极室，所述质子交换膜与阳极硅晶片可将第二疏水板的空心结构围合形成阳极室，所述第一疏水板的侧面设有第一微管，所述第二疏水板的侧面设有第二微管，所述电池主体连接外部电路。

2.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述第一微管包括阴极进液管与阴极出液管，所述阴极进液管与所述阴极出液管设于第一疏水板的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述第二微管包括阳极进液管与阳极出液管，所述阳极进液管与阳极出液管设于第二疏水板的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述第一疏水板与所述第二疏水板均采用聚二甲基硅氧烷材料制成，所述阳极室与所述阴极室的体积均为40ml。

5.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极硅晶片上设有纳米结构区，所述纳米结构区由垂直排列的10μm宽、36μm高、10μm间隔的碳纳米管阵列组成。

6.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极硅晶片上设有集成硅化镍接触区，所述硅化镍接触区面积设为25nm*45nm。

7.根据权利要求6所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述电池连接的外部电路采用100Ω的电阻负载，所述电阻负载可通过铜线连接到阳极硅化镍接触区域及阴极。

8.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述阴极硅晶片与阳极硅晶片的尺寸均为10mm*10mm。

9.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述质子交换膜的厚度为25μm。

10.根据权利要求1所述的一种微型微生物燃料电池，其特征在于：所述电池本体的厚度为5mm。

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