微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及微生物燃料電池，具體地說(shuō)設(shè)及一種用蛋白核小球藻作為陽(yáng)極電子供 體的燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于石油的資源不足，減少供應(yīng)和不斷成本的增加，尋找產(chǎn)能的代替技術(shù)成為了 研究界的重大興趣，多年來(lái)探索有關(guān)產(chǎn)能的代替技術(shù)，藻類已被嘗試用于能量替代源，不過(guò) 大量的研究數(shù)據(jù)都集中在開(kāi)采藻類生物油里，從而用于合成生物燃料。到目前為止，開(kāi)采藻 類生物油的成本仍然很高，暫時(shí)無(wú)法與石油燃料競(jìng)爭(zhēng)。從文獻(xiàn)表明，微藻曾被利用于微生物 燃料電池中，但是微藻一般被用于陽(yáng)極板上微生物可W利用的底物，或者是將微藻放置在 陰極作為被動(dòng)的電子受體。微藻陽(yáng)極型燃料電池雖也有所報(bào)道，但W微藻產(chǎn)氨產(chǎn)電方式或 藻菌協(xié)同產(chǎn)電方式為主。專利CN200910220037公開(kāi)了一種基于光合作用產(chǎn)電的綠藻生物 燃料電池，是一種間接法綠藻光解水產(chǎn)氨體系，而微藻產(chǎn)氨會(huì)受到氨氣的反抑制作用W及 金屬電極的高成本、易中毒的限制。目前，W微藻直接產(chǎn)電方式的燃料電池研究報(bào)道還比較 少。而本發(fā)明所公開(kāi)的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，是W蛋白核小球藻作為陽(yáng)極電子供體，通過(guò) 代謝細(xì)胞內(nèi)的碳水化合物直接產(chǎn)生電力，該種產(chǎn)電的裝置技術(shù)和結(jié)果并未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0004] 一種微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，包括陽(yáng)極池和陰極池，陽(yáng)極池和陰極池之間由質(zhì)子 交換膜隔開(kāi)，陽(yáng)極和陰極分別固定在陽(yáng)、陰極池內(nèi)部，并且由外部電阻連接，其特征在于：陽(yáng) 極的電子供體為微藻生物，陰極的電子受體為常用陰極化學(xué)品或微藻生物，陽(yáng)極微藻生物 通過(guò)代謝體內(nèi)碳水化合物，產(chǎn)生電子和質(zhì)子，產(chǎn)生的質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜傳遞至陰極池，產(chǎn) 生的電子通過(guò)電子傳遞鏈由外電路傳遞至陰極，并與陰極的電子受體結(jié)合。
[0005] 該微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池中所述的微藻生物為蛋白核小球藻，而且受控環(huán)境為細(xì) 胞密度的數(shù)量級(jí)為1〇6個(gè)細(xì)胞/ml,光照度范圍在2500-3500勒克斯之間。
[0006] 微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，常用的陰極電子受體化學(xué)品包括鐵氯化鐘，高鋪酸鐘，硝 酸鹽，硫酸鹽。
[0007] 微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，通過(guò)累入氮?dú)饣蚣尤胙鯕馕談﹣?lái)減少陽(yáng)極的氧氣水 平。
[000引微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池中所述的氧氣吸收劑包括亞硫酸鋼。
[0009] 微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，通過(guò)添加常見(jiàn)的介質(zhì)調(diào)節(jié)物或使用高鹽培養(yǎng)基來(lái)減小裝 置內(nèi)阻。
[0010] 對(duì)于該微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，所述的常見(jiàn)的介質(zhì)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括甲基藍(lán)，中性紅， 硫堇，甲基紫精，腐殖酸。
[0011] 該微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，通過(guò)不同的方式來(lái)提高發(fā)電能力，包括縮短陽(yáng)極和陰 極之間的距離，改變電極材料，提高電極表面面積，增加介質(zhì)導(dǎo)電率，改善接觸點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[001引圖1為本發(fā)明所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池的示意圖，圖la中陽(yáng)極的電子供體為 微藻生物，陰極的電子受體為六氯合鐵離子；圖化中陽(yáng)極的電子供體為微藻生物，陰極的 電子受體也為微藻生物。
[0013] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1蛋白核小球藻直驅(qū)發(fā)電電池在不同受控條件下產(chǎn)生的電 流圖，圖2a中細(xì)胞密度為5. 94x 106細(xì)胞/毫升時(shí)，不同光照度條件下產(chǎn)生的電流圖，其中 2500勒克斯，▲3500勒克斯，?6500勒克斯；圖化中光照度為3500勒克斯，不同細(xì)胞 密度條件下產(chǎn)生的電流圖，其中68x 107,〇3. 08x 107，A1.39x 107，《5. 94x 106細(xì) 胞/毫升。
[0014] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2蛋白核小球藻直驅(qū)發(fā)電電池在陽(yáng)極池中加入亞硫酸鋼后， 不同受控條件下產(chǎn)生的電流圖，圖3a中細(xì)胞密度為5. 94x106細(xì)胞/毫升時(shí)，不同光照度 條件下產(chǎn)生的電流圖，其中 2500勒克斯，▲ 3500勒克斯，? 6500勒克斯；圖3b中光照 度為3500勒克斯，不同細(xì)胞密度條件下產(chǎn)生的電流圖，其中?3.68X107，Q3.08x107， A1.39X107，《5. 94x1〇6細(xì)胞 / 毫升。
[0015] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例3白襲蘆醇（RVT)和2, 4-二硝基苯酪值NP) ,4-硝基苯胺 (4NA)對(duì)蛋白核小球藻直驅(qū)發(fā)電電池的影響。圖4a為不加入和加入白襲蘆醇（RVT)和 2,4-二硝基苯酪值^)條件下的電流圖，其中國(guó)未加入3￥1'和0^，奪加入1?￥1'和0^;圖 4b為不加入和加入4-硝基苯胺（4NA)條件下的電壓圖，其中□未加入4NA，加入4NA。
[0016] 圖5a為本發(fā)明實(shí)施例4蛋白核小球藻直驅(qū)發(fā)電電池不同型號(hào)電流密度與輸出功 率圖，其中型號(hào)1，?型號(hào)2;圖化為本發(fā)明實(shí)施例4蛋白核小球藻直驅(qū)發(fā)電電池不同型 號(hào)電流密度與電壓圖，其中型號(hào)1，?型號(hào)2。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下將結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō) 明本發(fā)明的各實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。
[001引實(shí)施例1
[0019] 如圖la所示，本發(fā)明第1個(gè)實(shí)施例所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池包括內(nèi)部裝有微 藻生物的陽(yáng)極池1和加入氧化劑溶液的陰極池2,兩池之間由質(zhì)子交換膜3隔開(kāi)，陽(yáng)極4和 陰極5分別固定在陽(yáng)極池和陰極池內(nèi)部，并由外電路6連接。陽(yáng)極池內(nèi)的微藻生物為直接 電子供體，通過(guò)代謝葡萄糖，在輔酶NA護(hù)的作用下，產(chǎn)生電子和質(zhì)子，產(chǎn)生的質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子 交換膜傳遞至陰極池，產(chǎn)生的電子通過(guò)電子傳遞鏈由外電路傳遞至陰極，并與陰極池中的 氧化劑六氯合鐵離子結(jié)合生成六氯合亞鐵離子。
[0020] 該實(shí)施例中使用的微藻生物為蛋白核小球藻，其培養(yǎng)方法為采用TAP培養(yǎng)基培 養(yǎng)，在培養(yǎng)瓶上蓋上0. 22ym的過(guò)濾器，并在W12化pm持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)境室培養(yǎng)3天，該 環(huán)境室保持25°C恒溫，并采用16/她的3500勒克斯/黑暗的循環(huán)光照。
[0021] 圖2a為當(dāng)?shù)鞍缀诵∏蛟寮?xì)胞密度為5. 94x106細(xì)胞/毫升時(shí)，分別在光照度2500 勒克斯，3500勒克斯，6500勒克斯條件下，蛋白核小球藻產(chǎn)生的電流，電流數(shù)據(jù)用平均數(shù) +標(biāo)準(zhǔn)誤差來(lái)表示。光照度在2500勒克斯時(shí)，產(chǎn)生的電流強(qiáng)度最大，初始電流強(qiáng)度最大為 28yA，隨后逐漸降低并保持在5yA。
[0022] 圖化為當(dāng)光照度為3500勒克斯時(shí)，