[实用新型]空气阴极微生物燃料电池

说明书

本实用新型公开了空气阴极微生物燃料电池，包括电极室上方设有进样口，电极室内固定设有阳极放置盒和质子交换膜，阳极放置盒内设有阳极，质子交换膜与阳极放置盒相邻设置，电极室的外侧设有阴极放置盒，阴极放置盒内设置有阴极，阴极放置盒位于质子交换膜的一侧，阴极放置盒和阳极放置盒通过外电路连接，外电路之间连接有蓄电池，阴极放置盒的外壳为导热材料，阴极放置盒外壳外侧设有加热体，阴极放置盒外壳外侧固定连接温度传感器，加热体内安装有加热丝，加热丝通过导线连接温度传感器和蓄电池，在加热体的一端抵靠在阴极放置盒的外侧。本空气阴极微生物燃料电池解决了现有技术中微生物燃料电池库伦效率低的问题。

技术领域

本实用新型涉及微生物发电技术领域，尤其涉及空气阴极微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell ,MFC）由阳极室和阴极室组成，两极室之间通过离子交换膜相隔。阳极微生物在厌氧环境下降解有机物产生电子、质子和二氧化碳：电子传输到阳极通过外电路负载到达生物阴极，质子通过离子交换膜由阳极室到达阴极室：阴极室电子受体氧气在阴极得到电子和质子而被还原成水，从而产生电流。微生物燃料电池是一种绿色新能源技术，在近几年得到广泛深入地研究，为解决能源短缺和污水处理提供了一条新途径。

但是，双室MFC由于阴极传质阻力较大，同时阴极室和阳极室间存在一定距离，其电阻较高，导致功率密度较低，电池库伦效率低。现有技术中，阴极的氧化剂一般选用氧气，而现有技术一般先将空气溶解在水中，再进入阴极，一般空气难溶于水，从而使阴极反应速率低下。

发明内容

本实用新型提出了空气阴极微生物燃料电池,以解决电池库伦效率低的问题。

本实用新型采取的技术方案如下：空气阴极微生物燃料电池，包括电极室，电极室上方设有进样口，电极室内部一侧固定设有阳极放置盒和质子交换膜，阳极放置盒内设有阳极，阳极放置盒的两端分别与电极室的内壁贴合设置，质子交换膜与阳极放置盒相邻设置，电极室的外侧设有阴极放置盒，阴极放置盒内设置有阴极，阴极放置盒位于质子交换膜的一侧，阴极放置盒和阳极放置盒通过外电路连接，外电路之间连接有蓄电池，阴极放置盒为中空设置，阴极放置盒的外壳为导热材料，阴极放置盒外壳外侧设有加热体，阴极放置盒外壳外侧固定连接温度传感器，加热体内安装有加热丝，加热丝通过导线连接温度传感器和蓄电池，在加热体的一端抵靠在阴极放置盒的外侧。将人工废水从进样口倒入电极室中，此时附着在阳极上的产电微生物与人工废水产生反应，将化学能转化成电能，此时，电子通过外电路进入到阴极，电能可以储存在蓄电池中，质子则穿过质子交换膜进入阴极，空气中的氧气在阴极得到电子被还原与质子结合形成水。蓄电池中的电能可以供给加热丝能量，使加热丝升温，从而使阴极放置盒外的加热体升温，热能通过阴极放置盒的导热外壳传递热能，可以使提高微生物活性和加速质子传递速率的同时，使阴极上产生的水快速蒸发，防止水分附着在阴极表面。阴极设置在电极室外，可以直接从空气中获取氧气，加热体能够使空气中的分子运动速率加快，能够有效的减少大量的曝气能耗。温度传感器能够实时的监控阴极放置盒的温度，即阴极的温度，防止温度过高或过低使催化剂活性降低，从而影响微生物电池的库伦效率。

进一步的，电极室的上方连通出气管道，出气管道位于阳极放置盒的侧上方。避免MFC电极室内阳极的产电微生物与人工废水反应所产生的气体，导致人工废水溢出。

进一步的，阳极包括碳纤维刷和刷芯，碳纤维刷环绕刷芯设置，刷芯为导电金属材料。碳纤维刷作为阳极碳基材料，具有高导电性、成本低和优良的生物亲和性等优点，并且碳纤维刷比表面积和空隙率更大有利于微生物的附着与生长，促进电子传递速率，从而提高电池库伦效率。

进一步的，碳纤维刷表面修饰有金属。金属具有高催化还原性和导电性，修饰金属后的阳极，能够降低阳极内阻的同时，使比表面积增大，提高电学性能，并且碳纤维刷上修饰金属，能够提升产电微生物附着的同时，降低电极室内反应的过电位，从而推动电子的良性迁移，从而提高微生物电池的库伦效率。