一种新型微生物燃料电池发生装置制造方法
【专利摘要】本发明为一种新型微生物燃料电池发生装置，包括一个圆柱形的阳极室、第一硅胶垫、第二硅胶垫、阴极室、紧固装置、阳极、阴极、质子交换膜、出水口、注水口、注菌口、进气孔、过滤器、橡胶塞，阳极室和阴极室被质子交换膜分开，阳极室和阴极室都为密封结构，阳极位于阳极室内，阴极位于阴极室内，其技术特征为：所述的阴阳极室外壳采用透明的有机玻璃制成，所述的阴极和阳极为碳布或碳纸，所述注水口、通气口、电极口在阴极室和阳极室上方，所述的出水口在极室下方。本发明的微生物燃料电池装置具有反应空间大，零直角清洗方便彻底的特点；通过过滤的无菌空气压出废液，再通过注水口注入反应液，出水系统与进水系统分开进行，避免杂菌侵入。采用新型硅胶垫片彻底解决了漏液的问题。
【专利说明】一种新型微生物燃料电池发生装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种微生物燃料电池，具体涉及一种微生物燃料电池发生装置。
背景知识
[0002]微生物燃料电池(microbial fuel cell,简称MFC)是一种产生电能的新方法,通过富集在阳极表面的产电微生物，于厌氧条件下代谢有机物产生电子和质子，而后将电子传递到阳极，并通过外电路到达阴极还原最终电子受体，质子则通过一层质子交换膜到达阴极。利用细菌发电是生物产能的一项重大进步，由于细菌可以自我复制，因此氧化有机物的催化剂可由自身提供，细菌自身的耐受限度可在多种温度范围内发生反应。微生物燃料电池具有反应条件温和、原料来源广泛、并且在常温下可以进行的优点。
在过去的一个世纪里，化石燃料支撑着工业和经济的发展，但是化石燃料难以维持整个世界的经济。预计在未来100年或者更久之后石油将会枯竭，因此探索新能源以及改变能源结构成为解决能源问题的重中之重。
微生物燃料电池利用细菌通过生物质产生生物电能，该技术可以用于水资源的可持续利用、生物制氢、废水处理、分散性能源等等，在更广泛的应用方面，将阳极置入海洋沉积物中，阴极置于沉积物上的表层水中，细菌可以分解沉积物中的有机物产电。虽然做为一种可再生能源应用于经济发展，其产电量还不够，但这足以支持远海及河口处发电设备运转，因此MFC技术具有光明的前途，它将成为新一代的产电系统。
典型的微生物燃料电池由一个阳极室和一个阳极室连接而成。根据阴极室的结构的不同可分为单室型和双室型，根据双室间是否存在交换膜又分为有模型和无膜型。现在所采用的MFC主要有五种，分别为上流式MFC、双室H型MFC、平板式MFC、双筒型微生物燃料电池、串联型MFC，其中双室H型MFC是在目前研究中最多采用的。在双腔微生物燃料电池中，被微生物释放的电子传递给阳极电极在经过外电路传递到阴极电极，在那里与从半透膜过来的质子以及电子受体反应完成整个电路闭合。阴极反应依赖于电子受体的种类和催化剂的活性，环境中的氧气是应用最多的电子受体，其次就是铁氰化钾，作为氧气还原的催化剂钼是最常见的催化剂，但有时也直接利用微生物作为阴极催化剂。尽管具有较高的内电阻，H型微生物燃料电池由于其易于构建和操作，常被用来研究各种影响电池性能的基本参数，现存的双室微生物燃料电池壳具有不易清洗、换液不方便、易染菌的缺点，本发明解决了这些问题。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种微生物燃料电池发生装置，解决了不易清洗、换液不方便、易漏液、反应空间过小的缺点。
[0004]本发明包括包括阳极室、阴极室、质子交换膜、呈圆环形的第一硅胶垫和呈圆环形的第二硅胶垫、紧固装置；阳极室包括第一注液孔、第一电极孔、第一注气孔、设有第一出液口的第一侧板，阳极室呈平置的圆柱体，一端连接连接第一侧板，圆环形的第一硅胶垫沿着阳极室开口固定在阳极室上；阴极室包括第二注液孔、第二电极孔、第二注气孔、设有第二出液口的第二侧板，阴极室呈平置的圆柱体，并连接第二侧板，圆环形的第二硅胶垫沿着阴极室开口固定在阴极室上；质子交换膜嵌至于第一硅胶垫和第二硅胶垫之间；紧固装置连接阳极室和阴极室，使其成为一体。
[0005]所述的第一注液孔、第一电极孔、第一注气孔在倒置圆柱形的阳极上方，第二注液孔、第二电极孔、第二注气孔在倒置圆柱形的阴极上方。
[0006]所述的第一注液孔、第一电极孔、第一注气孔、第二注液孔、第二电极孔、第二注气孔处于一条直线。
[0007]所述的第一注液孔、第一电极孔、第一注气孔直径在I厘米至1.05厘米之间；所述的第二注液孔、第二电极孔、第二注气孔的直径在I厘米至1.05厘米之间。
[0008]与现有技术相比，本发明有益效果为:
[0009]1、清洗便利:圆柱形的阳极室和阴极室与现有技术中正方体和长方体的发生器不同，实现了零直角，本发明使用完毕需要清洗时，首先卸载紧固装置，使得阳极室、阴极室、和质子交换膜实现分离。此时阳极室和阴极室都呈一端开口的圆柱体，零直角，这样非常利于清洗，且消毒更彻底。
[0010]2、进液系统和出液系统相互独立，换液更方便。在现有的技术中，阳极液和阴极液的进出液孔与电极插口为同一个，排废液和换液均不方便，并且容易染菌。本发明设有第一注液孔、第一电极孔、第一注气孔、第二注液孔、第二电极孔、第二注气孔，并且在第一侧板和第二侧板的下部设有出液口，实现了排废液和进液系统相互独立，在第一注气孔和第二注气孔的进气压力下，废液由出液口顺利排出，方便快捷，减少了感染杂菌的风险。再通过第一注液孔和第二注液孔实现进液，更无须动用电极便可实现换液，极大地提高了换液的方便性，并且在电池运行过程中，整套装置始终处于密闭状态，密闭性极佳。
[0011]3、密闭性极佳，结构牢固，有效防止漏液。在现有技术中，一般采用的封口材料都是橡胶垫，橡胶垫会随着时间的推移老化迅速，变硬无法达到有效密闭的作用。本发明中，采用了高级硅胶垫，弹性极佳，并且极其牢固，通过紧固装置，阳极和阴极通过第一硅胶垫和第二硅胶垫闭合，由于硅胶垫的弹性和密度，有效实现了阳极和阴极的密封，避免微生物燃料从阳极和第一硅胶垫之间，或者第一硅胶垫和第二硅胶垫之间，以及第二硅胶垫和阴极室之间泄露。
[0012]4、整套装置成本低廉可重复利用。本发明采用有机玻璃，有机玻璃耐酸耐碱性极高，并且价格合理，本发明所述的微生物燃料电池发生装置成本低廉，可重复利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的正面图。
[0014]图2是本发明横切面图。
[0015]图3至图1是本发明俯视图。
[0016]图中有:阳极室1、阴极室2、质子交换膜3、呈圆环形的第一硅胶垫4和呈圆环形的第二硅胶垫11、紧固装置9和10、第一注液孔101、第一电极孔102、第一注气孔103、第一出液口 105、第一侧板104、第一硅胶垫4、第二注液孔201、第二电极孔202、第二注气孔203、第二出液口 205、第二侧板204、第二硅胶垫11。
具体实施方法[0017]如图1所示，本发明的一种微生物燃料电池发生装置，包括阳极室1、阴极室2、质子交换膜3、第一硅胶垫4和第二硅胶垫11。第一硅胶垫4和第二硅胶11垫均呈圆环形。阳极室包括第一注液孔101、第一电极孔102、第一通气孔103、第一侧板104、第一出液口105。第一出液口 105在第一侧板104下部开口向外。阳极室I呈倒置的中空圆柱体，第一硅胶垫4沿着阳极室I的开口固定在阳极室I的圆环形开口沿壁。阴极室2也包括第二注液孔201、第二电极孔202、第二通气孔203、第二侧板204、第二出液口 205。第二出液口在第二侧壁的下部开口向外。阴极室2呈倒置的中空圆柱体，第二硅胶垫11沿着阴极室2的开口固定在阴极室2的圆环形开口沿壁。质子交换膜嵌在第一硅胶垫4和第二硅胶垫11之问。紧固装置连接阳极室I和阴极室2，使得第一硅胶垫4和第二硅胶垫11相贴合。阳极室和阴极室之间的空间只隔着一层质子交换膜3。
[0018]组装该微生物燃料电池发生装置时，先将阳极室1、阴极室2和质子交换膜3用蒸馏水冲洗干净，并分别浸泡在3%的双氧水中半个小时到一个小时时间进行消毒，然后将阳极室1、阴极室2和质子交换膜3、和高压灭菌的电极材料碳布放入无菌操作台，打开紫外杀菌持续三十分钟，关闭紫外并置二十分钟后在无菌操作台中进行组装:将电极通过电极孔与导线连接起来固定，然后将质子交换膜3夹在第一硅胶垫4和第二硅胶垫11之间，然后用紧固装置9固定上部，用紧固装置10固定下部，拧紧螺丝。组装完成后，继续在无菌操作台中上通过第一注液孔101注入阳极溶液到阳极室没过阳极电极，通过第二注液孔201注入阴极溶液到阴极室没过阴极电极。并通过第一注液孔101用一次性注射器将希瓦式产电菌注入到阳极液中。
[0019]进一步，所述的阳极室I和阴极室2沿着质子交换膜3相互对称，该电池容器结构对称，便于控制和观察微生物燃料的容量。所述的阳极室2和阴极室2均为平置的圆柱体。
[0020]进一步，所述的微生物燃料电池发生装置，第一注液孔101通向阳极1，第二注液孔201通向阴极2，通过第一注液孔101阳极I注入微生物燃料之后，用试管塞塞住第一注液孔101，避免微生物燃料从阳极室I中泄露。同样，通过第二注液孔201向阴极注入微生物燃料后，用试管塞塞住第二注液孔201，避免微生物燃料从阴极室2中泄露。
[0021]进一步，所述的第一注液孔101、第一电极孔102、第一注气孔103、第二注液孔
201、第二电极孔202、第二注气孔203的直径为I厘米到1.05厘米之间，有效的提高添加微生物燃料的效率，并且避免开口过大染菌的危险。
[0022]进一步，本发明的紧固装置为长15厘米的螺丝和扇形螺母，通过紧固点5和紧固点7进行紧固从上部进行紧固，上部分为平行的一对装置，通过紧固点6和紧固点8从下部进行紧固，下部分为平行的一对装置。分别从左上、右上、左下、右下进行固定连接，将阳极室I和阴极室2紧密的连接在一起，更增加装置密闭性。
【权利要求】
1.一种微生物燃料电池发生装置，包括阳极室(I)、阴极室(2)、质子交换膜(3)、呈圆环形的第一硅胶垫(4)和呈圆环形的第二硅胶垫(11)、紧固装置；阳极室(I)包括第一注液孔(101)、第一电极孔(102)、第一注气孔(103)、设有第一出液口 (105)的第一侧板(104)，阳极室(I)呈平置的圆柱体，一端连接连接第一侧板(104)，圆环形的第一硅胶垫(4)沿着阳极室(I)开口固定在阳极室(I)上；阴极室(2)也包括第二注液孔(201)、第二电极孔(202)、第二注气孔(203)、设有第二出液口(205)的第二侧板(204)，阴极室(I)也呈平置的圆柱体，并连接第二侧板(104)，圆环形的第二硅胶垫(11)沿着阴极室(2)开口固定在阴极室(2)上；质子交换膜(3)嵌至于第一硅胶垫(4)和第二硅胶垫(11)之间；紧固装置连接阳极室(I)和阴极室(2)，使其成为一体。
2.按照权利要求1所述的微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述的阳极室(I)和阴极室(2)沿着质子交换膜(3)相互对称。
3.按照权利要求2所述的微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述的阳极室(I)和阴极室(2)呈与第一侧板(204)和第二侧板(204)垂直的圆柱体。
4.按照权利要求1所述的微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述的第一注液孔(101)、第一电极孔(102)、第一注气孔(103)横排在倒置圆柱形阳极室(I)的上部；所述的第二注液孔(101)、第二电极孔(102)、第二注气孔(103)横排在倒置圆柱形阴极室(2)的上部。
5.按照权利要求4所述的微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述的第一注液孔(101)、第一电极孔(102)、第一注气孔(103)、第二注液孔(101)、第二电极孔(102)、第二注气孔(103)的直径均为I厘米到1.05厘米之间。
6.按照权利要求1所述的微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述的第一出液口(105)在第一侧板(104)下部；第二出液口(205)在第二侧板(204)下部。
7.按照权利要求6所述的微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述的第一出液口(105)、第二出液口(205)的直径均为I厘米至1.05厘米之间。
8.按照权利要求1所述的微生物燃料电池装置，其特征在于，所述的紧固装置为15厘米长的螺丝和扇形螺母，该螺丝固定在阳极室(I)和阴极室(2)的外侧。
9.按照权利要求8所述的微生物燃料电池装置，其特征在于，紧固装置通过第一侧板(104)上的紧固点(5)、紧固点(6)和位于第二侧板(204)上的紧固点(7)、紧固点(8)进行紧固。
【文档编号】H01M8/02GK103840186SQ201410106702
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】关小宁, 田兴军 申请人:南京大学