[发明专利]一种基于镁空气燃料电池回收尿液中磷资源和电能的方法

权利要求书

1.一种镁空气燃料电池，其特征在于，包括电池腔体、阳极、阴极、外电阻及若干导线，所述电池腔体用于盛放尿液，所述电池腔体的上部设有进水口和出水口，所述阳极为金属镁阳极，所述阴极为铂碳空气阴极，所述阳极和阴极均设置于电池腔体内，所述阳极与阴极分别通过导线与外电阻串联。

2.根据权利要求1所述的镁空气燃料电池，其特征在于：所述电池腔体的制作材料为有机玻璃、陶瓷或塑料；

和/或，所述外电阻为5-1000Ω；

和/或，所述金属镁阳极由镁板制成，所述镁板的型号选自AZ31B、AP65、AZ61、AZ21、AZ91、M2M、ME20M中的至少一种；

和/或，所述铂碳空气阴极包括依次连接的填平层、支撑集流层、填平层和催化层的四层结构。

3.根据权利要求2所述的镁空气燃料电池，其特征在于：所述支撑集流层为不锈钢网，所述填平层的原材料为可导电的碳材料，所述可导电的碳材料选自导电炭黑、碳纳米管或碳纤维中的一种，所述催化层的原材料为Pt/C；所述填平层由原材料涂布于不锈钢网的两面后经压制制成，所述催化层由原材料负载于填平层上后经压制制成。

4.根据权利要求3所述的镁空气燃料电池，其特征在于：

所述不锈钢网的目数为40-200目；

和/或，所述填平层的原材料的负载量为1-20mg/cm²。

和/或，所述催化层的原材料的负载量为0.1-1mg/cm²。

5.根据权利要求3所述的镁空气燃料电池，其特征在于：所述不锈钢网经砂纸打磨、清洗、干燥后，置于丙酮：乙醇＝1:1(V/V％)溶液浸泡过夜，再清洗干燥，压制平整后再使用；和/或，所述填平层的制作步骤为：取经预处理的原材料，加入分散剂乙醇，超声处理，再加入粘结剂，再超声处理成泥状浆液，最后将泥状浆液涂布于不锈钢网上；

和/或，所述催化层的制作步骤为：取经预处理的的Pt/C，加入分散剂乙醇，超声处理，再加入粘合剂和粘结剂，再超声处理成流动态浆液，最后将流动态浆液负载于填平层上。

6.根据权利要求2所述的镁空气燃料电池，其特征在于：所述电池腔体为60-210mL，电池阳极和阴极之间的间距为1.1-4.1cm；

和/或，所述镁板为一体成型的凸字结构，所述凸字结构包括位于上端的凸出部分和位于下端的主体部分，所述镁板凸出部分靠近镁板主体部分的一端用绝缘材料进行绝缘处理，所述镁板凸出部分远离镁板主体部分的一端(即未进行绝缘处理部分)与导线相连接；

和/或，所述镁板主体部分的有效反应面积为9-36cm²；

和/或，所述不锈钢网为凸状不锈钢网，所述凸状不锈钢网包括位于上端的凸出部分和和位于下端的主体部分，所述填平层涂布于所述凸状不锈钢网的主体部分，所述凸状不锈钢网的凸出部分与导线相连接；

和/或，所述阴极的有效反应面积为25-64cm²。

7.根据权利要求1所述的镁空气燃料电池，其特征在于：所述电池还包括电压表和数据采集系统，所述阳极与阴极分别通过导线与电压表串联，所述电压表与外电阻并联，所述电压表与数据采集系统相连接，所述数据采集系统用于实时监控并记录电压数据；

和/或，所述电池还包括用于搅拌电池腔体中溶液的搅拌系统。

8.一种采用如权利要求1-7任一项所述的镁空气燃料电池回收尿液中磷资源和电能的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将尿液加入电池腔体中，连通电路后开始搅拌，进行反应，电池阳极直接失去电子产生Mg²⁺，阴极氧还原产生OH^-，为沉淀反应提供镁源与碱源，生成鸟粪石沉淀或磷酸镁沉淀，同时将化学能转化为电能；

(2)检测尿液中磷浓度的变化，根据尿液中剩余磷浓度确定最优水力停留时间，停止搅拌，结束反应；

(3)将反应后的尿液过滤，收集沉淀物烘干，即回收得到磷沉淀。