蛋白核小球藻密度分別為3.68x107, 3. 08x 107，1.39x107,5.94x106細(xì)胞/毫升條件下，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。微藻細(xì)胞密度為5. 94x106細(xì)胞/毫升時(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。
[0023] 實(shí)施例2
[0024] 所述微藻直驅(qū)發(fā)電電池與實(shí)施例1相同，不同之處在于陽(yáng)極池中加入了氧氣吸收 劑亞硫酸鋼（1克/升），圖3a為陽(yáng)極池中加入氧氣吸收劑亞硫酸鋼（1克/升），蛋白核小 球藻細(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勒克斯和3500勒克斯時(shí)，初始產(chǎn)生的電流強(qiáng)度較大，可達(dá)到的最大值分別為70uA和 78yA，并在lOOmin后穩(wěn)定在60yA。
[0025] 圖3b為陽(yáng)極池中加入氧氣吸收劑亞硫酸鋼（1克/升），光照度為3500勒克斯時(shí)， 蛋白核小球藻細(xì)胞密度分別為3.68X 107,3.08x 107，1.39x 107,5.94x 106細(xì)胞/毫升條 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。微藻細(xì)胞密度為 5.94X 106細(xì)胞/毫升時(shí)，初始產(chǎn)生的電流強(qiáng)度最大，達(dá)到的最大值為78yA并在lOOmin穩(wěn) 定在55yA。
[0026] 實(shí)施例3
[0027] 所述微藻直驅(qū)發(fā)電電池與實(shí)施例1相同，不同之處在于在燃料電池中加入 1000卵mRVT和1000卵血NP或加入20卵m4NA。圖4a為加入1000卵mRVT和1000卵血NP 和不添加RVT和DNP條件下的電流對(duì)比圖，其中在45min加入1ml的lOOOpp血NP后，電流 由3yA增大到9yA，在兩次間隔30min分別加入1ml的lOOOpp血NP出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，在第 S次間隔30min后，加入1ml的1000卵mRVT，電流由3yA增大到8yA;圖4b為加入20卵m 4-硝基苯胺或不加入4NA條件下的電壓對(duì)比圖，其中加入4NA的微藻電池在30min電壓開(kāi) 始增加，并在130min后穩(wěn)定在38mV。
[002引 實(shí)施例4
[0029] 如圖化所示，本發(fā)明第4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和微藻生物的陰極池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，微藻生物利用細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖，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，并于陰極 池中的微藻生物體內(nèi)釋放的氧氣結(jié)合生成水。
[0030] 圖5a為本發(fā)明所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池不同型號(hào)的電流密度與輸出功率 圖，圖化為本發(fā)明所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池不同型號(hào)的電流密度與電壓圖。型號(hào)1: 陽(yáng)極的電子供體為蛋白核小球藻，陰極的電子受體為六氯合鐵離子；型號(hào)2;陽(yáng)極的電子供 體為蛋白核小球藻，陰極的電子受體為蛋白核小球藻。圖4表明利用微藻生物直驅(qū)發(fā)電電 池，可W將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在一定的受控條件下，即陽(yáng)極池中加入氧氣吸收劑亞硫酸鋼 (1克/升），光照度為3500勒克斯，蛋白核小球藻細(xì)胞密度為5. 94xlO6細(xì)胞/毫升時(shí)，型 號(hào)1的輸出功率密度可達(dá)到30. 15Mw/m2,電壓可達(dá)到540mV;型號(hào)2的輸出功率密度可達(dá)到 2. 16Mw/m2,電壓可達(dá)到 190mV。
[0031] 下表為本發(fā)明與其它微生物燃料電池發(fā)電能力的對(duì)比結(jié)果：
[0032]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 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)極池、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。
2. 如權(quán)利要求1所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，其特征在于，所述微藻生物為蛋白核 小球藻，而且受控環(huán)境為細(xì)胞密度的數(shù)量級(jí)為IO6個(gè)細(xì)胞/ml，光照度范圍在2500-3500勒 克斯之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，其特征在于，常用的陰極電子受體化 學(xué)品包括鐵氰化鉀，高錳酸鉀，硝酸鹽，硫酸鹽，空氣。
4. 如權(quán)利要求1所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，其特征在于，通過(guò)泵入氮?dú)饣蚣尤胙?氣吸收劑來(lái)減少陽(yáng)極的氧氣水平。
5. 如權(quán)利要求4所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，其特征在于，所述的氧氣吸收劑包括 亞硫酸鈉。
6. 如權(quán)利要求1所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，其特征在于，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。
7. 如權(quán)利要求6所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，其特征在于，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。
8. 如權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的微藻生物直驅(qū)發(fā)電電池，其特征在于，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)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及微生物燃料電池，具體地說(shuō)涉及一種用蛋白核小球藻作為陽(yáng)極電子供體的生物燃料電池，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，陽(yáng)極的電子供體為微藻生物，陰極的電子受體為常用的陰極化學(xué)品或微藻生物。本發(fā)明是通過(guò)微藻生物直接發(fā)電的方式，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，即將活的微藻生物作為陽(yáng)極,在沒(méi)有基底物質(zhì)下,通過(guò)代謝細(xì)胞內(nèi)的碳水化合物直接產(chǎn)生電力,提供了一種新型的生物燃料電池系統(tǒng)。
【IPC分類】H01M8-02, H01M8-16, H01M4-96
【公開(kāi)號(hào)】CN104701562
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510095057
【發(fā)明人】潘玉瓊, 王瑞華, 徐暢
【申請(qǐng)人】北京師范大學(xué)-香港浸會(huì)大學(xué)聯(lián)合國(guó)際學(xué)院, 潘玉瓊
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日