[发明专利]一种用于野外自供电的电源

说明书

技术领域

本发明属于新能源与环境工程领域，具体涉及一种用于野外自供电的电源。

背景技术

随着全球能源短缺和环境污染的不断加剧，能源与环境已经成为制约人类社会发展的两大因素，实现能源与环境的协调发展，才可实现人类社会可持续发展。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是利用微生物作为生物催化剂将燃料(有机物质)的化学能转化为电能的装置，是一类理想的新型清洁能源。传统的MFC由阳极室、阴极室和质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)3部分组成。但PEM会明显提高电池的内阻，另外PEM价格较贵，增加了MFC的成本，不利于实际运用。

沉积物微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell，SMFC)是一种典型的无膜MFC。SMFC结构简单，构建成本非常低廉；运行过程中不需维护，不受光照等外界条件影响，在野外环境下可持久输出电能，特别是在野外自供电电源领域有广阔的应用前景。但SMFC输出电能微弱，输出电压低，开路电压一般为600mV；输出电流也过低。而且实际环境中SMFC的阴阳两极处在同一自然水体中，无法采用串联连接的方式来提高输出电压。简单加大SMFC尺寸并不能显著提高输出功率。而一般电子器件至少需要1.5V工作电压，更主要的是SMFC输出功率远小于一般电子器件功耗，不能用SMFC直接对电子器件供电，所以制约了SMFC的实际应用，以至无法利用这种自然界中蕴含丰富的微弱能量。如何利用SMFC输出的微弱电能成为SMFC走向实际应用的瓶颈问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可有效利用SMFC输出的微弱电能，将SMFC作为供电电源用于野外自供电的电源。

技术方案：本发明所述的用于野外自供电的电源，包括SMFC和SMFC电源管理系统，所述SMFC电源管理系统包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元；所述电能存储单元的输入端的与所述SMFC连接，用于存储SMFC的输出电能；所述升压与稳压单元的输入端与所述电能存储单元连接，用于完成电压的升压和稳压，使升压与稳压单元的输出端输出的电压、电流满足电子器件工作要求；所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相连接，用于控制升压与稳压单元工作。

所述升压与稳压单元的具体工作过程为：通过SMFC电源管理系统的电能存储单元收集SMFC输出的微弱电能，当收集到一定程度电能后，控制单元让升压与稳压单元开始工作，使输出电压和电流都能满足电子器件的工作要求。所述升压与稳压单元输出的电压可以调节；所述升压与稳压单元输出的电压可以调节为3V，3.3V，3.6V，5V等。

所述SMFC包括阳极电极、阴极电极及连接阴、阳两电极的外接导线，所述阳极电极与阴极电极为导电材料；所述导电材料可以为碳纤维类材料、石墨类材料或不锈钢材质材料。

所述阴极电极的表面载有铂，铁、锰氧化物或钴化合物作为催化剂，用于提高SMFC产电性能。

所述外接导线可以为钛导线或铜导线，所述外接导线与阳极电极、阴极电极的连接点进行绝缘密封处理。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：SMFC适用于江河、湖泊、海洋、沼泽、湿地、地下给排水管网等野外环境，可持久产电，不受光照等环境影响，本发明有效收集和利用野外环境下沉积物微生物燃料电池(SMFC)输出的微弱电能，在野外可将SMFC作为供电电源给电子器件供电，广泛利用自然界中蕴含丰富的微弱能量，解决了制约SMFC进行实际应用的瓶颈问题，提供了一种绿色环保、可再生、资源丰富的新型电源，同时其可应用场所极其广泛，在野外自供电电源领域有广阔应用前景，具有巨大的实际应用价值。

附图说明

图1是本发明中沉积物微生物燃料电池结构示意图；其中，11-阳极电极；12-阴极电极；13-连接阴、阳两极的外接导线。

图2是本发明电源示意图；其中，1沉积物微生物燃料电池，2电能存储单元；3控制单元；4升压与稳压单元，5外负载。

图3是本发明中构建的沉积物微生物燃料电池极化曲线和功率曲线。

图4是本发明电源给白光LED(工作电压3V)供电时的输出电压。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。