[发明专利]微生物燃料电池单元、其用途和微生物燃料电池布置

说明书

本发明涉及一种微生物燃料电池(MFC)单元，其包括至少一个阴极，至少一个阳极，该阳极优选在重力方向上布置为与阴极相距一定距离，所述阳极与周围介质自由接触，如果阴极或阳极的数量多于一个，则阳极和阴极通过外部电路彼此连接。燃料电池单元还包括用于将单元定位在周围介质内的定位装置，并且所述燃料电池单元在阴极和阳极之间没有任何膜。

技术领域

本发明涉及根据所附独立权利要求的前序部分的微生物燃料电池单元及其用途、以及微生物燃料电池布置。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)为水处理和能源生产提供了一种替代方案。它提供了通过使用微生物将化学能转换成电能的可能性。典型的微生物燃料电池包括具有通过外部电路彼此连接的阳极和阴极的电池反应器。在电池反应器的阳极侧，水性液体介质中的有机物质被微生物氧化。氧化产生二氧化碳、电子和质子。被称为胞外产电微生物(exoelectrogen)的一些微生物将由细胞呼吸产生的一些电子释放到阳极。电子通过外部电路转移到阴极，并且质子通过液体介质转移到阴极。然后电子和质子在阴极处的化学反应中被消耗。例如，在废水处理中，电子和质子在阴极处被消耗，与氧气(例如来自空气)结合，并且根据以下反应形成水：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

目前许多微生物燃料电池结构旨在用于实验室，并且由于其复杂的机械结构而不容易适用于实际应用。此外，用于实验室微生物燃料电池的膜可能引起在阳极和阴极之间转移离子中的问题，尤其是如果液体介质包含有机和无机物质的复合基质时更是如此。

还期望微生物燃料电池也可用于大规模处理废水或天然水库。为了实现这一期望，微生物燃料电池必须具有低构建成本，易于维护，并且可以在现场或在自然环境中的远程处理单元中应用。

发明内容

本发明的目的是最小化甚至消除现有技术中存在的缺点。

本发明的一个目的是提供一种微生物燃料电池单元，该微生物燃料电池单元具有简单且鲁棒的结构，没有体积限制。

本发明的另一个目的是提供一种微生物燃料电池布置，其根据需要易于扩展(scale)。

这些目的通过独立权利要求中公开的特征来实现，并且本发明由所附独立权利要求的特征来限定。本发明的一些优选实施例在从属权利要求中给出。除非另有明确说明，否则从属权利要求中列举的特征可相互自由组合。

在本文中给出的示例性实施例及其优点通过MFC单元的可应用部分以及根据本发明的用途来实现，尽管并非总是单独提及。

根据本发明的典型微生物燃料电池单元包括：

-至少一个阴极，

-至少一个阳极，阳极优选在重力方向上布置为与所述阴极相距一定距离，阳极与周围介质自由接触，如果阴极或阳极的数量多于一个，则阳极和阴极通过外部电路彼此连接，

-用于将单元定位在周围介质内的定位装置，

其中所述燃料电池单元在阴极和阳极之间没有任何膜。

本发明的典型布置包括至少两个根据本发明的微生物燃料电池单元。

现在令人惊讶地发现，根据本发明的微生物燃料电池单元提供了鲁棒的结构，其制造和维护简单且便宜。MFC单元的阳极与周围介质自由接触，MFC单元没有任何膜。这意味着MFC单元是无反应器和无膜的，这使得与周围介质的有效的阳极接触。由于各个单元很容易附接在一起形成一个布置，因此该布置很容易按需扩展。此外，本发明使构建微生物燃料电池单元所需的材料最小化，从而导致更低的成本和有效的资源利用。