一种铝空燃料电池絮凝微藻装置及方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种铝空燃料电池絮凝微藻装置及方法。

背景技术：

微藻作为可再生生物质能源和功能生物活性医药保健品的主要来源，成为海洋和水产经济发展的重要领域。微藻生物量相对较低，不容易分离采收。常规的微藻采收方法主要是化学絮凝和机械离心法，这些方法不但能耗过高，而且采收过程工艺复杂，例如，中国专利CN104371928A公开搅拌状态下将浓度为10～100mg/L的絮凝剂加入到藻液中，搅拌至产生藻的絮状物，静止至藻絮状物下沉使藻分离，其中絮凝剂为氯化铁，硫酸铝，聚合氯化铝或硫酸铝钾等。该方法不但需加入絮凝剂，而且絮凝过程还需要消耗能量。中国专利ZL201510169188.7公开一种电絮凝-气浮联用的微藻连续收获装置及其方法，该装置和方法可以有效地絮凝微藻，但需要额外消耗电能。

铝空燃料电池作为一种低成本的、机动车续航能力较长的电池已经逐步走向实用阶段。在文献(Journal of Power Sources,2002,110,1-10)中介绍了在中性或碱性电解质体系中，电池阳极发生产生的铝离子，在放电过程中往往以氢氧化铝单体或聚合体的形式存在于电极表面或电解质中，易造成电池性能的下降的情况，但常规的氢氧化铝脱除工艺较为复杂，在实际应用中受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝空燃料电池絮凝微藻装置。

本发明的另一目的在于提供一种铝空燃料电池絮凝微藻的方法。

所述铝空燃料电池絮凝微藻装置设有上部立方筒、阳极、阳极导线、阴极、阴极固定挡板、中部锥形筒；上部立方筒相对两侧的阴极通过阴极固定挡板与螺母固定于上部立方筒两侧，阳极置于上部立方筒中部并通过阳极导线连接，上部立方筒与中部锥形筒通过密封对应固定连接成一个上粗下细的整体，上部立方筒顶部设有微藻进料口，阴极上设有阴极导线，阴极固定挡板设于阴极一侧，中部锥形筒下部设有出料口阀门。

所述阳极可采用铝阳极。

所述铝空燃料电池絮凝微藻的方法的具体步骤如下：

将两片阴极安装于上部立方筒两侧，将藻液由进料口泵入上部立方筒内，插入铝板作为阳极，以铝空燃料电池絮凝微藻装置为电源；阳极溶解的铝形成氢氧化铝单体或其水合物与微藻细胞形成藻体絮凝物，并向中部锥形筒集中，沉降至铝空燃料电池絮凝微藻装置底部，中部锥形筒底部的藻体絮状物逐步浓缩，打开出料口阀门，盐藻浆从出料口排出，关闭出料口阀门，同时泵入微藻培养液至指定刻度，继续放电絮凝，实现微藻絮凝采收和铝空燃料电池稳定运行。

所述藻液可选自盐藻、小球藻、栅藻液等微藻中的至少一种；所述藻液的浓度可为0.1～1.0g/L，藻液中的NaCl摩尔浓度可为1.5～3M。

所述继续放电絮凝的条件可为电流大小为10～30mA/cm²，0.65～0.70V。

所述阳极可采用纯度为99.99％的铝板，所述阴极可为空气电极。

在铝空燃料电池运行过程中，阳极溶解出的铝离子，形成氢氧化铝或其水合物可与微藻细胞形成藻体絮凝物，并向中部锥形筒集中，沉降至装置底部，中部锥形筒底部的藻体絮状物逐步浓缩。该工艺过程微藻的采收率高，与此同时，在高效絮凝藻的过程中提高了铝空燃料电池放电的稳定性，无需另加絮凝剂，节能环保。

本发明利用微藻细胞表面带负电荷，易于与氢氧化铝结合而发生絮凝的特点，通过铝空燃料电池与微藻絮凝工艺的有机结合，从而实现微藻的采收和铝空气燃料电池长周期稳定运行相互促进，协同运行。微藻采收率可达97％～99.5％；铝空燃料电池稳定放电，放电周期可达100～500h以上，电池能量密度可达2034～2966Wh/kg。本发明可以广泛用于船舶、机械设备的动力电源装置和微藻的养殖采收领域。

附图说明

图1为本发明铝空燃料电池絮凝微藻装置的结构示意图。

图2为实施例2微藻絮凝过程的铝空燃料电池放电曲线。

具体实施方式

参见图1，所述铝空燃料电池絮凝微藻装置设有上部立方筒6、微藻进料口2、阳极4、阳极导线1、阴极7、阴极导线3、阴极固定挡板5、中部锥形筒8、出料口阀门9；上部立方筒6相对两侧的阴极7通过阴极固定挡板5与螺母固定于上部立方筒6两侧，阳极4置于上部立方筒6中部并通过阳极导线1连接，上部立方筒6与中部锥形筒8通过密封对应固定连接成一个上粗下细的整体，上部立方筒6顶部设有微藻进料口2，阴极7上设有阴极导线3，阴极7的一侧设有阴极固定挡板5，中部锥形筒8下部设有出料口阀门9。

所述阳极4可采用铝阳极。

所述铝空燃料电池絮凝微藻的方法的具体步骤如下：

将两片阴极安装于上部立方筒两侧，将藻液由进料口泵入上部立方筒内，插入铝板作为阳极，以铝空燃料电池絮凝微藻装置为电源；阳极溶解的铝形成氢氧化铝单体或其水合物与微藻细胞形成藻体絮凝物，并向中部锥形筒集中，沉降至铝空燃料电池絮凝微藻装置底部，中部锥形筒底部的藻体絮状物逐步浓缩，打开出料口阀门，盐藻浆从出料口排出，关闭出料口阀门，同时泵入微藻培养液至指定刻度，继续放电絮凝，实现微藻絮凝采收和铝空燃料电池稳定运行。

以下给出具体实施例。

实施例1

取生物量1g/L杜氏盐藻，其中，氯化钠浓度为1.5M，从进料口加到电池上部立方筒中。放电密度10mA/cm²，铝空气电池稳定运行100h，盐藻的采收率99.5％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2460Wh/kg。

实施例2

取生物量1g/L杜氏盐藻，其中，氯化钠浓度为2M，从进料口加入到电池上部立方筒中。放电密度10mA/cm²，铝空气电池稳定运行500h，盐藻的采收率98.5％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2354Wh/kg。实施例2微藻絮凝过程的铝空燃料电池放电曲线参见图2。

实施例3

取生物量1g/L杜氏盐藻，其中，氯化钠浓度为2.5M，从进料口加入到电池上部立方筒中。放电密度10mA/cm²，铝空气电池稳定运行100h，盐藻的采收率98.5％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2357Wh/kg。

实施例4

取生物量1g/L杜氏盐藻，其中，氯化钠浓度为3M，从进料口加入到电池上部立方筒中。放电密度10mA/cm²，铝空气电池稳定运行100h，盐藻的采收率98％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2966Wh/kg。

实施例5

取生物量0.67g/L杜氏盐藻，其中，氯化钠浓度为2M，从进料口加入到电池上部立方筒中。放电密度10mA/cm²，铝空气电池稳定运行100h，盐藻的采收率98.5％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2417Wh/kg。

实施例6

取生物量1g/L杜氏盐藻，其中，氯化钠浓度为2M，从进料口加入到电池上部立方筒中。放电密度20mA/cm²，铝空气电池稳定运行100h，盐藻的采收率99.5％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2477Wh/kg。

实施例7

取生物量1g/L杜氏盐藻，其中，氯化钠浓度为2M，从进料口加入到电池上部立方筒中。放电密度30mA/cm²，铝空气电池稳定运行100h，盐藻的采收率99.5％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2746Wh/kg。

实施例8

取生物量0.5g/L小球藻，其中，氯化钠浓度为2M，从进料口加入到电池上部立方筒中。放电密度10mA/cm²，铝空气电池稳定运行100h，小球藻的采收率99％。铝空气燃料电池的铝的能量密度为2034Wh/kg。

铝空燃料电池采用含氯化钠或浓缩海水的藻液为电解质，本发明利用铝的氢氧化物与微藻之间产生的絮凝作用，清除铝阳极附近的氢氧化铝，同时也使微藻液得到了絮凝采收，从而实现了铝空电池的稳定性运行与微藻采收工艺有机结合。本发明可以广泛用于船舶、机械设备的动力电源装置和微藻的养殖采收领域。本发明采收工艺高，能在高效絮凝藻的过程中进行发电，节约了能源的消耗，无需另加絮凝剂，可靠、安全环保。