一種新型微生物燃料電池發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種新型微生物燃料電池發(fā)生裝置，包括一個圓柱形的陽極室、第一硅膠墊、第二硅膠墊、陰極室、緊固裝置、陽極、陰極、質(zhì)子交換膜、出水口、注水口、注菌口、進(jìn)氣孔、過濾器、橡膠塞，陽極室和陰極室被質(zhì)子交換膜分開，陽極室和陰極室都為密封結(jié)構(gòu)，陽極位于陽極室內(nèi)，陰極位于陰極室內(nèi)，其技術(shù)特征為：所述的陰陽極室外殼采用透明的有機(jī)玻璃制成，所述的陰極和陽極為碳布或碳紙，所述注水口、通氣口、電極口在陰極室和陽極室上方，所述的出水口在極室下方。本發(fā)明的微生物燃料電池裝置具有反應(yīng)空間大，零直角清洗方便徹底的特點(diǎn)；通過過濾的無菌空氣壓出廢液，再通過注水口注入反應(yīng)液，出水系統(tǒng)與進(jìn)水系統(tǒng)分開進(jìn)行，避免雜菌侵入。采用新型硅膠墊片徹底解決了漏液的問題。
【專利說明】一種新型微生物燃料電池發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種微生物燃料電池，具體涉及一種微生物燃料電池發(fā)生裝置。
背景知識
[0002]微生物燃料電池(microbial fuel cell,簡稱MFC)是一種產(chǎn)生電能的新方法,通過富集在陽極表面的產(chǎn)電微生物，于厭氧條件下代謝有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，而后將電子傳遞到陽極，并通過外電路到達(dá)陰極還原最終電子受體，質(zhì)子則通過一層質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極。利用細(xì)菌發(fā)電是生物產(chǎn)能的一項重大進(jìn)步，由于細(xì)菌可以自我復(fù)制，因此氧化有機(jī)物的催化劑可由自身提供，細(xì)菌自身的耐受限度可在多種溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。微生物燃料電池具有反應(yīng)條件溫和、原料來源廣泛、并且在常溫下可以進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。
在過去的一個世紀(jì)里，化石燃料支撐著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是化石燃料難以維持整個世界的經(jīng)濟(jì)。預(yù)計在未來100年或者更久之后石油將會枯竭，因此探索新能源以及改變能源結(jié)構(gòu)成為解決能源問題的重中之重。
微生物燃料電池利用細(xì)菌通過生物質(zhì)產(chǎn)生生物電能，該技術(shù)可以用于水資源的可持續(xù)利用、生物制氫、廢水處理、分散性能源等等，在更廣泛的應(yīng)用方面，將陽極置入海洋沉積物中，陰極置于沉積物上的表層水中，細(xì)菌可以分解沉積物中的有機(jī)物產(chǎn)電。雖然做為一種可再生能源應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，其產(chǎn)電量還不夠，但這足以支持遠(yuǎn)海及河口處發(fā)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，因此MFC技術(shù)具有光明的前途，它將成為新一代的產(chǎn)電系統(tǒng)。
典型的微生物燃料電池由一個陽極室和一個陽極室連接而成。根據(jù)陰極室的結(jié)構(gòu)的不同可分為單室型和雙室型，根據(jù)雙室間是否存在交換膜又分為有模型和無膜型。現(xiàn)在所采用的MFC主要有五種，分別為上流式MFC、雙室H型MFC、平板式MFC、雙筒型微生物燃料電池、串聯(lián)型MFC，其中雙室H型MFC是在目前研究中最多采用的。在雙腔微生物燃料電池中，被微生物釋放的電子傳遞給陽極電極在經(jīng)過外電路傳遞到陰極電極，在那里與從半透膜過來的質(zhì)子以及電子受體反應(yīng)完成整個電路閉合。陰極反應(yīng)依賴于電子受體的種類和催化劑的活性，環(huán)境中的氧氣是應(yīng)用最多的電子受體，其次就是鐵氰化鉀，作為氧氣還原的催化劑鉬是最常見的催化劑，但有時也直接利用微生物作為陰極催化劑。盡管具有較高的內(nèi)電阻，H型微生物燃料電池由于其易于構(gòu)建和操作，常被用來研究各種影響電池性能的基本參數(shù)，現(xiàn)存的雙室微生物燃料電池殼具有不易清洗、換液不方便、易染菌的缺點(diǎn)，本發(fā)明解決了這些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種微生物燃料電池發(fā)生裝置，解決了不易清洗、換液不方便、易漏液、反應(yīng)空間過小的缺點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明包括包括陽極室、陰極室、質(zhì)子交換膜、呈圓環(huán)形的第一硅膠墊和呈圓環(huán)形的第二硅膠墊、緊固裝置；陽極室包括第一注液孔、第一電極孔、第一注氣孔、設(shè)有第一出液口的第一側(cè)板，陽極室呈平置的圓柱體，一端連接連接第一側(cè)板，圓環(huán)形的第一硅膠墊沿著陽極室開口固定在陽極室上；陰極室包括第二注液孔、第二電極孔、第二注氣孔、設(shè)有第二出液口的第二側(cè)板，陰極室呈平置的圓柱體，并連接第二側(cè)板，圓環(huán)形的第二硅膠墊沿著陰極室開口固定在陰極室上；質(zhì)子交換膜嵌至于第一硅膠墊和第二硅膠墊之間；緊固裝置連接陽極室和陰極室，使其成為一體。
[0005]所述的第一注液孔、第一電極孔、第一注氣孔在倒置圓柱形的陽極上方，第二注液孔、第二電極孔、第二注氣孔在倒置圓柱形的陰極上方。
[0006]所述的第一注液孔、第一電極孔、第一注氣孔、第二注液孔、第二電極孔、第二注氣孔處于一條直線。
[0007]所述的第一注液孔、第一電極孔、第一注氣孔直徑在I厘米至1.05厘米之間；所述的第二注液孔、第二電極孔、第二注氣孔的直徑在I厘米至1.05厘米之間。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果為:
[0009]1、清洗便利:圓柱形的陽極室和陰極室與現(xiàn)有技術(shù)中正方體和長方體的發(fā)生器不同，實(shí)現(xiàn)了零直角，本發(fā)明使用完畢需要清洗時，首先卸載緊固裝置，使得陽極室、陰極室、和質(zhì)子交換膜實(shí)現(xiàn)分離。此時陽極室和陰極室都呈一端開口的圓柱體，零直角，這樣非常利于清洗，且消毒更徹底。
[0010]2、進(jìn)液系統(tǒng)和出液系統(tǒng)相互獨(dú)立，換液更方便。在現(xiàn)有的技術(shù)中，陽極液和陰極液的進(jìn)出液孔與電極插口為同一個，排廢液和換液均不方便，并且容易染菌。本發(fā)明設(shè)有第一注液孔、第一電極孔、第一注氣孔、第二注液孔、第二電極孔、第二注氣孔，并且在第一側(cè)板和第二側(cè)板的下部設(shè)有出液口，實(shí)現(xiàn)了排廢液和進(jìn)液系統(tǒng)相互獨(dú)立，在第一注氣孔和第二注氣孔的進(jìn)氣壓力下，廢液由出液口順利排出，方便快捷，減少了感染雜菌的風(fēng)險。再通過第一注液孔和第二注液孔實(shí)現(xiàn)進(jìn)液，更無須動用電極便可實(shí)現(xiàn)換液，極大地提高了換液的方便性，并且在電池運(yùn)行過程中，整套裝置始終處于密閉狀態(tài)，密閉性極佳。
[0011]3、密閉性極佳，結(jié)構(gòu)牢固，有效防止漏液。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用的封口材料都是橡膠墊，橡膠墊會隨著時間的推移老化迅速，變硬無法達(dá)到有效密閉的作用。本發(fā)明中，采用了高級硅膠墊，彈性極佳，并且極其牢固，通過緊固裝置，陽極和陰極通過第一硅膠墊和第二硅膠墊閉合，由于硅膠墊的彈性和密度，有效實(shí)現(xiàn)了陽極和陰極的密封，避免微生物燃料從陽極和第一硅膠墊之間，或者第一硅膠墊和第二硅膠墊之間，以及第二硅膠墊和陰極室之間泄露。
[0012]4、整套裝置成本低廉可重復(fù)利用。本發(fā)明采用有機(jī)玻璃，有機(jī)玻璃耐酸耐堿性極高，并且價格合理，本發(fā)明所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置成本低廉，可重復(fù)利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的正面圖。
[0014]圖2是本發(fā)明橫切面圖。
[0015]圖3至圖1是本發(fā)明俯視圖。
[0016]圖中有:陽極室1、陰極室2、質(zhì)子交換膜3、呈圓環(huán)形的第一硅膠墊4和呈圓環(huán)形的第二硅膠墊11、緊固裝置9和10、第一注液孔101、第一電極孔102、第一注氣孔103、第一出液口 105、第一側(cè)板104、第一硅膠墊4、第二注液孔201、第二電極孔202、第二注氣孔203、第二出液口 205、第二側(cè)板204、第二硅膠墊11。
具體實(shí)施方法[0017]如圖1所示，本發(fā)明的一種微生物燃料電池發(fā)生裝置，包括陽極室1、陰極室2、質(zhì)子交換膜3、第一硅膠墊4和第二硅膠墊11。第一硅膠墊4和第二硅膠11墊均呈圓環(huán)形。陽極室包括第一注液孔101、第一電極孔102、第一通氣孔103、第一側(cè)板104、第一出液口105。第一出液口 105在第一側(cè)板104下部開口向外。陽極室I呈倒置的中空圓柱體，第一硅膠墊4沿著陽極室I的開口固定在陽極室I的圓環(huán)形開口沿壁。陰極室2也包括第二注液孔201、第二電極孔202、第二通氣孔203、第二側(cè)板204、第二出液口 205。第二出液口在第二側(cè)壁的下部開口向外。陰極室2呈倒置的中空圓柱體，第二硅膠墊11沿著陰極室2的開口固定在陰極室2的圓環(huán)形開口沿壁。質(zhì)子交換膜嵌在第一硅膠墊4和第二硅膠墊11之問。緊固裝置連接陽極室I和陰極室2，使得第一硅膠墊4和第二硅膠墊11相貼合。陽極室和陰極室之間的空間只隔著一層質(zhì)子交換膜3。
[0018]組裝該微生物燃料電池發(fā)生裝置時，先將陽極室1、陰極室2和質(zhì)子交換膜3用蒸餾水沖洗干凈，并分別浸泡在3%的雙氧水中半個小時到一個小時時間進(jìn)行消毒，然后將陽極室1、陰極室2和質(zhì)子交換膜3、和高壓滅菌的電極材料碳布放入無菌操作臺，打開紫外殺菌持續(xù)三十分鐘，關(guān)閉紫外并置二十分鐘后在無菌操作臺中進(jìn)行組裝:將電極通過電極孔與導(dǎo)線連接起來固定，然后將質(zhì)子交換膜3夾在第一硅膠墊4和第二硅膠墊11之間，然后用緊固裝置9固定上部，用緊固裝置10固定下部，擰緊螺絲。組裝完成后，繼續(xù)在無菌操作臺中上通過第一注液孔101注入陽極溶液到陽極室沒過陽極電極，通過第二注液孔201注入陰極溶液到陰極室沒過陰極電極。并通過第一注液孔101用一次性注射器將希瓦式產(chǎn)電菌注入到陽極液中。
[0019]進(jìn)一步，所述的陽極室I和陰極室2沿著質(zhì)子交換膜3相互對稱，該電池容器結(jié)構(gòu)對稱，便于控制和觀察微生物燃料的容量。所述的陽極室2和陰極室2均為平置的圓柱體。
[0020]進(jìn)一步，所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置，第一注液孔101通向陽極1，第二注液孔201通向陰極2，通過第一注液孔101陽極I注入微生物燃料之后，用試管塞塞住第一注液孔101，避免微生物燃料從陽極室I中泄露。同樣，通過第二注液孔201向陰極注入微生物燃料后，用試管塞塞住第二注液孔201，避免微生物燃料從陰極室2中泄露。
[0021]進(jìn)一步，所述的第一注液孔101、第一電極孔102、第一注氣孔103、第二注液孔
201、第二電極孔202、第二注氣孔203的直徑為I厘米到1.05厘米之間，有效的提高添加微生物燃料的效率，并且避免開口過大染菌的危險。
[0022]進(jìn)一步，本發(fā)明的緊固裝置為長15厘米的螺絲和扇形螺母，通過緊固點(diǎn)5和緊固點(diǎn)7進(jìn)行緊固從上部進(jìn)行緊固，上部分為平行的一對裝置，通過緊固點(diǎn)6和緊固點(diǎn)8從下部進(jìn)行緊固，下部分為平行的一對裝置。分別從左上、右上、左下、右下進(jìn)行固定連接，將陽極室I和陰極室2緊密的連接在一起，更增加裝置密閉性。
【權(quán)利要求】
1.一種微生物燃料電池發(fā)生裝置，包括陽極室(I)、陰極室(2)、質(zhì)子交換膜(3)、呈圓環(huán)形的第一硅膠墊(4)和呈圓環(huán)形的第二硅膠墊(11)、緊固裝置；陽極室(I)包括第一注液孔(101)、第一電極孔(102)、第一注氣孔(103)、設(shè)有第一出液口 (105)的第一側(cè)板(104)，陽極室(I)呈平置的圓柱體，一端連接連接第一側(cè)板(104)，圓環(huán)形的第一硅膠墊(4)沿著陽極室(I)開口固定在陽極室(I)上；陰極室(2)也包括第二注液孔(201)、第二電極孔(202)、第二注氣孔(203)、設(shè)有第二出液口(205)的第二側(cè)板(204)，陰極室(I)也呈平置的圓柱體，并連接第二側(cè)板(104)，圓環(huán)形的第二硅膠墊(11)沿著陰極室(2)開口固定在陰極室(2)上；質(zhì)子交換膜(3)嵌至于第一硅膠墊(4)和第二硅膠墊(11)之間；緊固裝置連接陽極室(I)和陰極室(2)，使其成為一體。
2.按照權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置，其特征在于，所述的陽極室(I)和陰極室(2)沿著質(zhì)子交換膜(3)相互對稱。
3.按照權(quán)利要求2所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置，其特征在于，所述的陽極室(I)和陰極室(2)呈與第一側(cè)板(204)和第二側(cè)板(204)垂直的圓柱體。
4.按照權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置，其特征在于，所述的第一注液孔(101)、第一電極孔(102)、第一注氣孔(103)橫排在倒置圓柱形陽極室(I)的上部；所述的第二注液孔(101)、第二電極孔(102)、第二注氣孔(103)橫排在倒置圓柱形陰極室(2)的上部。
5.按照權(quán)利要求4所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置，其特征在于，所述的第一注液孔(101)、第一電極孔(102)、第一注氣孔(103)、第二注液孔(101)、第二電極孔(102)、第二注氣孔(103)的直徑均為I厘米到1.05厘米之間。
6.按照權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置，其特征在于，所述的第一出液口(105)在第一側(cè)板(104)下部；第二出液口(205)在第二側(cè)板(204)下部。
7.按照權(quán)利要求6所述的微生物燃料電池發(fā)生裝置，其特征在于，所述的第一出液口(105)、第二出液口(205)的直徑均為I厘米至1.05厘米之間。
8.按照權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池裝置，其特征在于，所述的緊固裝置為15厘米長的螺絲和扇形螺母，該螺絲固定在陽極室(I)和陰極室(2)的外側(cè)。
9.按照權(quán)利要求8所述的微生物燃料電池裝置，其特征在于，緊固裝置通過第一側(cè)板(104)上的緊固點(diǎn)(5)、緊固點(diǎn)(6)和位于第二側(cè)板(204)上的緊固點(diǎn)(7)、緊固點(diǎn)(8)進(jìn)行緊固。
【文檔編號】H01M8/02GK103840186SQ201410106702
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】關(guān)小寧, 田興軍 申請人:南京大學(xué)