[发明专利]热电辅助的微生物-光电化学系统

说明书

本发明提供一种热电辅助的微生物‑光电化学系统，包括微生物阳极、光阴极、热电片和散热器；微生物阳极和光阴极则通过导线连接到电路；系统侧面或者底部直接与热电片热端连接，将系统红电解液热量传递到热电片的热端，热电片的冷端与散热器连接；热电片电路与微生物阳极和光阴极连接，将热电转换生成的电流连接到微生物‑光电化学系统中。本发明通过热电转换器件对光热进行利用，一方面提升系统太阳能的转化利用效率；同时降低光热对微生物阳极的影响。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及热电辅助的微生物-光电化学系统。

背景技术

随着经济的发展，化石燃料的大量消耗，带来了严重的环境和能源问题。微生物光电化学系统作为一种能同时降解污水中有机物和产氢的系统，对解决环境污染和能源短缺具有重要的应用前景。在系统运行过程中，光阴极在光照条件下还原氢离子产生氢气，微生物阳极则通过生化氧化有机物实现污水降解。实际应用中，太阳光的照射往往伴随着大量光热的产生，但产生的光热目前无法有效利用，导致光能的转化利用率较低；另一方面，大量的光热将直接导致系统运行温度发生变化，影响微生物阳极的反应活性。通过系统中光和热的综合利用，可有效提升系统太阳能的转化利用效率。

针对微生物电化学系统的光热和余热利用，目前研究还处于起步阶段。已报道的技术主要通过半导体热电原件将光热热量转换为电能供系统利用，提供系统整体的转换效率。包括直接在热电片上采集太阳光通过热电转换后供微生物电解池产氢，通过热电片将余热加热后的电解液热量转换为电能提供给电化学或者光电化学系统辅助制氢。

目前基于热电转换技术将光热或者余热转换为电能，供微生物燃料电池、微生物电解池等微生物电化学系统制氢，实质上利用光热转换成电能后驱动系统进行产氢。针对微生物-光电催化系统中光热的利用还没有报道，也没有涉及到光催化。

针对电化学制氢，已报道的技术主要通过半导体热电原件将光热热量转换为电能供电化学析氢系统利用，提供系统整体的转换效率。包括直接在热电片上采集太阳光通过热电转换后供电化学产氢，通过热电片将加热后的电解液热量转换为电能提供给电化学或者光电化学系统辅助制氢。

目前基于热电转换技术将光热或者余热将电能转换为电能供电化学析氢制氢，技术实质上是通过利用光热将光热转变为电能降低电化学析氢系统析氢所需的反应过电位或能耗；针对微生物-光电催化系统中光热的利用还没有报道，也没有涉及到光催化。

目前微生物-光电催化系统通过利用光电极在光照条件下产生的空穴-电子对实现阴阳极的氧化和还原反应，但是实际应用中，太阳光的照射往往伴随着大量光热的产生，但产生的光热目前无法有效利用，导致光能的转化利用率较低；另一方面，大量的光热将直接导致系统运行温度发生变化，影响微生物阳极的反应活性。

发明内容

针对上述问题，本发明通过热电转换器件，将微生物-光电催化小系统中的光热加以利用，提高系统太阳能转换效率。

具体的技术方案为：

热电辅助的微生物-光电化学系统，包括微生物阳极、光阴极、热电片和散热器；微生物阳极和光阴极则通过导线连接到电路；系统侧面或者底部直接与热电片热端连接，将系统红电解液热量传递到热电片的热端，热电片的冷端与散热器连接；热电片电路与微生物阳极和光阴极连接，将热电转换生成的电流连接到微生物-光电化学系统中。

所述的微生物阳极和光阴极之间还设有离子交换膜，分隔构建单室或者双室。

所述的热电片为半导体热电元件。

本发明提供的热电辅助的微生物-光电化学系统，具有以下特点：

（1）本发明在电池四周布置半导体热电元件进行热电转换，将系统内部光热加热后的电解质热量转换为电能，并提供给系统，增加系统内阳极有机物降解速率和阴极产氢速率，整体提高系统太阳能转化效率。