专利名称：一种圆柱型微生物燃料电池的制作方法
技术领域：
本实用新型属于新能源技术领域的微生物燃料电池结构，具体涉及一种圆柱型微 生物燃料电池。
背景技术：
近年来，随着全球经济的快速发展，现代工业化的快速推进和能源日益短缺，以及 环境恶化的矛盾也日趋明显，微生物燃料电池(MFC)不仅能有效处理废水而且还能产电， 很好地解决能源的综合利用和环境污染这两大问题，经成为环境领域最热门的研究课题之
ο微生物燃料电池分为双室和单室两种结构。单室微生物燃料电池的阴极和阳极在 同一个反应室内，空气中的氧直接传到阴极表面，这种电池虽然降低了电池的内阻，但是由 于阴极部分氧气的扩散，阳极部分不能维持严格的厌氧环境，不但降低MFC的库伦效率，甚 至会影响阳极部分厌氧微生物的生长。双室微生物燃料电池是微生物燃料电池的经典构型，双室微生物燃料电池包括阳 极室、质子膜和阴极室。目前，双室微生物燃料电池通常是“H”型电池，两个电池槽是通过连接管将两个电 极连接起来，质子交换膜放置在电池槽中间。这种结构的电池电极距离质子膜较远，电池阻 力增大，降低其产电效率。
实用新型内容本实用新型的目的是针对上述存在问题，提供一种圆柱型微生物燃料电池，该电 池结构紧凑、使用方便且造价低廉。本实用新型的的技术方案一种圆柱型微生物燃料电池，由阳极室、阴极室、质子膜组件、硅胶垫圈、紧固螺栓 和底座构成，阳极室和阴极室均为封头式圆筒结构，圆筒部分即为反应室，在阳极室和阴极 室的圆筒上部分别设有电极插孔、带有密封塞的取样孔和排气孔，阳极反应室和阴极反应 室内分别设置阳极和阴极并通过导线分别从电极插孔密封引出，在阳极室和阴极室的圆筒 底部分别设有使气流沿筒壁切向进入反应室的进气孔，进气孔亦分别为阳极室内有机生物 燃料溶液和阴极室内阴极溶液的进液孔和排液孔；质子膜组件包括质子膜、两个垫板和两 个硅胶垫片，质子膜呈正方形，其夹在两个硅胶垫片之间并通过两个垫板固定，硅胶垫片和 垫板的中心均开有正方形方孔，方孔的边长小于质子膜的边长；两个硅胶垫圈分别位于阳 极室和阴极室与质子膜组件之间，在阳极室和阴极室的筒壁圆周以及质子膜组件和硅胶垫 圈的相应圆周上均布直径相等和数量相同的螺栓孔，组装后通过紧固螺栓固定；底座与圆 柱型燃料电池的底面固定。所述阳极室和阴极室为内径为9厘米-14厘米的封头式圆筒，壁厚为2厘米-5厘 米，反应室长度为3厘米-10厘米，取样孔、进气孔、电极插孔和排气孔的直径为8毫米-10
3毫米；硅胶垫圈的厚度为1毫米_5毫米，内径为9厘米-14厘米；正方形质子膜的边长为2 厘米_8厘米，垫板的厚度为2毫米-5毫米，硅胶垫片的厚度为1毫米_5毫米，硅胶垫片和 垫板方孔的边长小于质子膜边长1厘米；螺栓孔的直径为8毫米-10毫米，数量为8个。本实用新型的优点是1)电池主体采用圆柱型，阴阳两室距离近，电池的电阻小、 功率高；2)质子膜与隔板间加有硅胶垫片，确保气密性良好，阴极氧气不会扩散到阳极，提 高了电池的库伦效率；3)进气孔方向与电池池底平行，气体沿电池池底切向进入，使气流 沿电池组内壁流动，不会影响电极工作；4)结构紧凑、造价低廉。
图1为该圆柱型微生物燃料电池结构组件示意图。图2为该圆柱型微生物燃料电池组装后的放大剖视图。图中1.阳极室 2.阴极室 3.质子膜 4- I、11 .垫板5- I、11 .硅胶垫片 6- I、II .硅胶垫圈 7.紧固螺栓8.底座9- KII .电极插孔10- I、II .带有密封 塞的取样孔11- I、11 .排气孔12.阳极13.阴极14- I、11 .进气孔15.极室溶液 16- I、II JILIV .方孔 17.螺栓孔
具体实施方式
实施例1 一种圆柱型燃料电池，由阳极室1、阴极室2、质子膜组件、硅胶垫圈6、紧固螺栓7 和底座8构成，阳极室1和阴极室2均为封头式圆筒结构，圆筒部分即为反应室，在阳极室 1和阴极室2的圆筒上部分别设有电极插孔9- I、II、带有密封塞的取样孔10- I、II和排 气孔11- I、II，阳极反应室和阴极反应室内分别设置阳极12和阴极13并通过导线分别从 电极插孔9- I、II密封引出，在阳极室1和阴极室2的圆筒底部分别设有使气流沿筒壁切 向进入反应室的进气孔14- I、II，进气孔14- I、II亦为极室溶液15的进液孔和排液孔； 质子膜组件包括质子膜3、两个垫板4- I、II和两个硅胶垫片5- I、II，质子膜3呈正方形， 其夹在两个硅胶垫片5- I、II之间并通过两个垫板4- I、11固定，硅胶垫圈6- I、II和垫 板4- I、II的中心均开有正方形方孔16- I、II、III、IV，方孔的边长小于质子膜的边长；两 个硅胶垫圈6- I、II分别位于阳极室1和阴极室2与质子膜组件之间，阳极室1、阴极室2、 质子膜组件和硅胶垫圈6- I、II的圆周边缘分别设有直径相等和数量相同的螺栓孔17，组 装后通过紧固螺栓7固定；底座8与圆柱型燃料电池的底面固定。该实施例为实验研究用的圆柱型燃料电池，阳极室、阴极室、垫板及底座的材料均 采用聚甲基丙烯酸甲酯，阳极室和阴极室为内径为9厘米的封头式圆筒，壁厚为3厘米，反 应室长度为3厘米，取样孔、进气孔、电极插孔和排气孔的直径为10毫米；硅胶垫圈的厚度 为2毫米，内径为9厘米；正方形质子膜的边长为5厘米，垫板的厚度为3毫米，硅胶垫片 的厚度为2毫米，硅胶垫片和垫板方孔的边长为4厘米；螺栓孔的直径为10毫米，数量为8 个；质子膜为Nafion膜；阳极溶液为有机生物燃料溶液，阴极溶液为0. lmol/L的铁氰化钾 溶液，极室溶液的加入量分别为阳、阴极反应室容量的95%。
权利要求1.一种圆柱型微生物燃料电池，其特征在于由阳极室、阴极室、质子膜组件、硅胶垫 圈、紧固螺栓和底座构成，阳极室和阴极室均为封头式圆筒结构，圆筒部分即为反应室，在 阳极室和阴极室的圆筒上部分别设有电极插孔、带有密封塞的取样孔和排气孔，阳极反应 室和阴极反应室内分别设置阳极和阴极并通过导线分别从电极插孔密封引出，在阳极室和 阴极室的圆筒底部分别设有使气流沿筒壁切向进入反应室的进气孔，进气孔亦分别为阳极 室内有机生物燃料溶液和阴极室内阴极溶液的进液孔和排液孔；质子膜组件包括质子膜、 两个垫板和两个硅胶垫片，质子膜呈正方形，其夹在两个硅胶垫片之间并通过两个垫板固 定，硅胶垫片和垫板的中心均开有正方形方孔，方孔的边长小于质子膜的边长；两个硅胶垫 圈分别位于阳极室和阴极室与质子膜组件之间，在阳极室和阴极室的筒壁圆周以及质子膜 组件和硅胶垫圈的相应圆周上均布直径相等和数量相同的螺栓孔，组装后通过紧固螺栓固 定；底座与圆柱型燃料电池的底面固定。
2.根据权利要求1所述圆柱型微生物燃料电池，其特征在于所述阳极室和阴极室为 内径为9厘米-14厘米的封头式圆筒，壁厚为2厘米-5厘米，反应室长度为3厘米-10厘 米，取样孔、进气孔、电极插孔和排气孔的直径为8毫米-10毫米；硅胶垫圈的厚度为1毫 米_5毫米，内径为9厘米-14厘米；正方形质子膜的边长为2厘米-8厘米，垫板的厚度为 2毫米-5毫米，硅胶垫片的厚度为1毫米_5毫米，硅胶垫片和垫板方孔的边长小于质子膜 边长1厘米；螺栓孔的直径为8毫米-10毫米，数量为8个。
专利摘要一种圆柱型微生物燃料电池，由阳极室、阴极室、质子膜组件、硅胶垫圈、紧固螺栓和底座构成，阳极室和阴极室均为封头式圆筒结构，设有电极插孔、取样孔和排气孔，阳、阴极室内设有阳极和阴极并通过导线分别从电极插孔密封引出，在阳、阴极室的筒底设有进气孔；质子膜组件包括质子膜、两个垫板和两个硅胶垫片，质子膜呈正方形，硅胶垫片和垫板的中心均开有正方形方孔；通过筒壁圆周的螺栓孔组装固定。本实用新型的优点是电池主体采用圆柱型，阴阳两室距离近，电池的电阻小、功率高；质子膜与隔板间加有硅胶垫片，确保气密性良好，阴极氧气不会扩散到阳极，提高了电池的库伦效率；结构紧凑、造价低廉。
文档编号H01M8/16GK201789031SQ20102029816
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者叶建山, 张伟德, 张嘉琪, 张旭宏, 武晨, 池强龙, 王晓丽, 郑嗣华 申请人:天津理工大学