一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括裝置外殼、裝置密封蓋及相間排布的陽極室和陰極室。陽極室內或陰極室內可安裝不同材料電極，陽極室間或陰極室間通過流道連通，陽極室與陰極室之間通過小孔連通，外殼側壁分別開有進水口和出水口。裝置外殼在各陰陽極室底部安裝有導電線路，連通各陰陽極室與外負載。裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進陰極反應。本發明專利技術結構簡單，可以根據實際需求進行無限擴充，陰極和陽極材料及其安裝形式可以根據要求進行變換，無需質子交換膜，使污水得以凈化，同時產電。

Air film cathode microbial fuel cell device capable of expanding continuous flow without film

The invention discloses a device for expanding a continuous flow film free air cathode microbial fuel cell, comprising a device shell, a device, a sealing cover, an anode chamber arranged in the interphase, and a cathode chamber. The anode chamber or cathode chamber can be provided with different electrode materials, anode or cathode chamber through a flow chamber connected between the anode and the cathode chamber through the chamber communicated with the side wall of the casing are respectively provided with a water inlet and a water outlet. A conductive circuit is arranged at the bottom of each anode and cathode chamber to connect the anode and cathode chambers and the outer load. The sealing cover is provided with a small hole above the cathode chamber, so that the cathode chamber is communicated with the outside air to promote the cathode reaction. The invention has the advantages of simple structure, can be infinitely expanded according to the actual demand, the anode and cathode material and installation form can be changed according to the requirements, no proton exchange membrane, so that sewage can be purified, and electricity production.

【技術實現步驟摘要】
一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置
本專利技術涉及一種微生物燃料電池，特別涉及一種可無限拓展的用于污水處理的微生物燃料電池裝置。
技術介紹
微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。微生物燃料電池的基本工作原理是：在陽極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與質子結合成水。微生物燃料電池多采用雙室型，即包括陽極室和陰極室，中間常采用質子交換膜隔開。但質子交換膜不僅增大電池內阻且造價昂貴，還不利于微生物燃料電池的實際推廣。雖然隨著微生物燃料電池電極和反應器構型的不斷改進，其單體能量密度增長迅速，但是仍然存在以下問題：電池內阻較大，能量密度低；可用作底物廢水種類較為單一；電池多為間歇式工作，需要不斷更換基底；電極材料結構單一，產電微生物量少，不利于能量產生；電池反應器裝置結構復雜且不可擴充，嚴重限制其實際推廣與應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服以上的不足，提供一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置。本專利技術的技術方案是：本專利技術公開了一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括裝置外殼、裝置密封蓋及相間排布的陽極室和陰極室。陽極室內或陰極室內可安裝不同材料電極，陽極室間或陰極室間通過帶濾網的流道連通，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯開設置，其中至少一組處于裝置最外側相鄰的陽極室與陰極室之間通過小孔連通，與之相對的一組處于裝置最外側相鄰的陽極室和陰極室外殼側壁分別開有進水口和出水口。裝置外殼在各陰陽極室底部安裝有導電線路，連通各陰陽極室與外負載。裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進陰極反應。預處理水流通過進水口連續流入陽極室，水中有機物在微生物催化作用下產生電子和質子，電子通過外電路流經負載到達陰極，質子以通道中的水流為載體遷移至陰極室，使得陽極室組與陰極室組在裝置內部電性連通，并使燃料電池裝置在處理污水的同時產生電能。陽極和陰極電極皆為具有較好生物相容性的導電材料，所述導電材料可以為碳基材料的碳刷、碳布、碳紙或活性炭顆粒，電極浸沒于流水中，電極最小單位的最小直徑大于流道濾網最大口徑。陽極室外接導線連接為一體，與陰極室外接導線進行串聯構成外接電路。電池裝置可以將相鄰陰陽極外接導線連接構成單一電池組，并將多個單一電池組并聯得到最大外接電路電流。有機污水為生活污水、工業廢水、農業廢棄物或禽畜廢棄物等各類有機污水。本專利技術與現有技術相比的有益效果是：1）采用連續流工作模式，不使用質子交換膜，結構簡單，不需要人工更換基底材料，大大降低電池內阻和制造維護成本，提高能源利用效率和電池能量密度；2)以生活污水、工業廢水和農業廢棄物等各類有機污水為基質，在處理污水的同時產生電能；3)以具有較好生物相容性的導電材料或者綠色植物為電極材料，不僅價格低廉，而且產電過程中不釋放溫室效應氣體二氧化碳，是一種清潔能源生產裝置；4)電池裝置可根據實際應用需求進行尺寸調整并可無限擴充，實際應用價值大。附圖說明：圖1（a）為本專利技術中裝置外殼的一個例子的俯視圖。圖1（b）為本專利技術中裝置外殼的一個例子的剖視圖。圖2（a）為本專利技術中裝置密封蓋的一個例子的俯視圖。圖2（b）為本專利技術中裝置密封蓋的一個例子的主視圖。圖3為本專利技術中裝置外殼的一個例子的俯視圖。圖4為本專利技術部分結構的立體圖。圖5為本專利技術另一部分的立體圖。圖6為本專利技術中裝置密封蓋的立體圖。圖中標號：1-陽極室（a-h）、2-陰極室（a-h）、3-裝置外殼、4-陽極室間流道、5-陰極室間流道、6-流道兩側濾網、7-進水口、8-出水口、9-一組陰陽極室間通孔、10-外接線路通道、11-微生物燃料電池裝置密封蓋、12-密封蓋上陰極室上方對應通孔；其中“+”為陽極室，“—”為陰極室。具體實施方式：為使本專利技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。在本專利技術的一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它實施方式中示出的元素和特征相結合。應當注意，為了清楚的目的，說明中省略了與本專利技術無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。下面就本實施方式的一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置的使用方法進行詳細的說明。此外，為便于說明，附圖的尺寸比例有所改動，往往與實際的比例不同。[第一實施方式]本實施方式的微生物燃料電池裝置外殼的一個例子如圖1（a）和1（b）所示，包括陽極室1（a-e）、陰極室2（a-d）、裝置外殼3、陽極室間流道4、陰極室間流道5、流道兩側濾網6、進水口7、出水口8、一組陰陽極室間通孔9和外接線路通道10。陽極室1（a-e）或陰極室2（a-d）皆為大小相等的正方體、相間排布并組合構成一個3×3長方體九宮格的裝置外殼3，陽極室數目大于陰極室數目。陽極室1（a-e）間通過流道4連通，所述陰極室2（a-d）間通過流道5連通，陽極室間流道4與陰極室間流道5上下錯開設置，陽極室間流道4和陰極室間流道5兩側均設有濾網6，其中處于裝置最外側相鄰的陽極室1（b）與陰極室2（a）之間通過小孔9連通，與之相對的一組處于裝置最外側相鄰的陽極室1（d）和陰極室2（d）外殼側壁分別開有進水口7和出水口8，使得電池裝置可以連續運行。陽極室側壁和底部基底材料皆為絕緣材料，底層設有導線接口10，連接陽極電極和外電路。陽極和陰極電極皆為碳刷，構建材料陽極，電極浸沒于流水中。陽極室外接導線連接為一體，與陰極室外接導線進行串聯構成外接電路。預處理水流通過進水口7連續流入陽極室1（d），進而流經所有陽極室，水中有機物在微生物催化作用下產生電子和質子，質子以陽極室間流道4中的水流為載體遷移至陽極室1（b），通過小孔9涌進陰極室2（a），使得陽極室組與陰極室組在裝置內部電性連通，電子通過陽極室底部外接線路通道10流經負載到達陰極，并使燃料電池裝置在處理污水的同時產生電能。如圖2（a）和2（b）分別表示本實施方式的微生物燃料電池裝置密封蓋的一個例子的俯視圖和主視圖，密封蓋對應陰極中心處開有通孔用以連接外界氧氣，促進陰極反應。由此實施方式可以推導出5×5長方體裝置外殼、7×7長方體裝置外殼……的結構，此結構統稱為奇數外殼。[第二實施方式]本實施方式的微生物燃料電池裝置外殼的一個例子的俯視圖如圖3所示，對于與第一實施方式相同的構成標注相同的符號，并將重復的說明予以省略。陽極室1（a-h）或陰極室2（a-h）皆為大小相等的正方體、相間排布并組合構成一個4*4長方體裝置3，陽極室數目等于陰極室數目。陽極室1（a-h）間通過流道4連通，陰極室2（a-h）間通過流道5連通，陽極室間流道4與陰極室間流道5上下錯開設置，陽極室間流道4和陰極室間流道5兩側均設有濾網6，其中處于裝置最外側相鄰的陽極室1（b）與陰極室2（b）之間通過小孔本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括裝置外殼、裝置密封蓋及相間排布的陽極室和陰極室，其特征在于：所述陽極室內或陰極室內可安裝不同材料電極，所述陽極室間或陰極室間通過帶濾網的流道連通，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯開設置，其中至少一組處于裝置最外側相鄰的陽極室與陰極室之間通過小孔連通，與之相對的一組處于裝置最外側相鄰的陽極室和陰極室外殼側壁分別開有進水口和出水口，用于輸入和排出有機污水，所述裝置外殼在各陰陽極室底部安裝有導電線路，連通各陰陽極室與外負載，所述裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進陰極反應。

【技術特征摘要】
1.一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括裝置外殼、裝置密封蓋及相間排布的陽極室和陰極室，其特征在于：所述陽極室內或陰極室內可安裝不同材料電極，所述陽極室間或陰極室間通過帶濾網的流道連通，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯開設置，其中至少一組處于裝置最外側相鄰的陽極室與陰極室之間通過小孔連通，與之相對的一組處于裝置最外側相鄰的陽極室和陰極室外殼側壁分別開有進水口和出水口，用于輸入和排出有機污水，所述裝置外殼在各陰陽極室底部安裝有導電線路，連通各陰陽極室與外負載，所述裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進陰極反應。2.根據權利要求1所述的一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于：所述陽極室和陰極室皆為大小相等的正方體，二者相間排布并組合構成一個長方體裝置，所述陽極室數目大于等于所述陰極室數目。3.根據權利要求1所述的一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于：所述陽極室側壁和底部基底材料皆為絕緣材料，底層設有導線接口，連接陽極電極和外電路。4.根據權利要求1所述的一種可拓展連續流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于：所述陽極室側壁材料為絕緣材料，底部基底材料上層為導電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：倪紅軍，卓露，呂帥帥，汪興興，朱昱，黃明宇，周一丹，
申請(專利權)人：南通大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32