一种水下微生物燃料电池发生装置

1.本实用新型属于污水处理技术领域，特别涉及利用海底或河底沉积泥处理的微生物燃料电池。


背景技术：

2.海洋中蕴藏着巨大的资源，丰富的有机碳源储存在海洋底泥中，这些有机碳能够为海底微生物燃料电池提供充足的原料。然而目前关于海底沉积泥的研究甚少。此外，随着海洋资源的开发日益深入，大量的海洋检测设备如温度传感器、盐度传感器、声纳监测设备等需长期在海洋中运行。目前，这些监测设备都具有耗能低、体积小的特点，需要依靠电池来进行长时间的电能供应。传统的电池供给受到海洋特殊环境的限制，故亟需研究出新型水下电源来满足海洋开发与探测的需要。这些水下的电子设备通常多安置在海洋底部从而为深海研究、军事侦察提供连续监测和远程实时数据。微生物燃料电池是一种利用微生物分解有机物进行产电的装置，它的工作原理是：在阳极上的产电细菌通过代谢作用分解海底沉积物中的有机物，产生释放出质子和电子，电子通过外电路转移到位于阴极的电子受体的过程，从而将化学能转化为电能的过程。
3.海底微生物燃料电池是一种利用整体海洋环境作为反应室的特殊水下微生物燃料电池，海洋底泥中存在较多的有机物质和厌氧菌，能够为微生物燃料电池提供一个很好的温床。影响微生物燃料电池(microbial fuel cell，mfc)性能的因素很多，如微生物代谢速率、阴极催化剂的催化性能、微生物
‑
阳极间电子传递、阴极传递电子至电子受体、质子氢迁移数目及速率等。其中电极面积，电解液中离子的扩散速率及电子受体对mfc产电性能的影响极大。传统的微生物燃料电池多以二维电极组成，接触电解液面积小，产电功率不高；海底微生物燃料电池同时也存在内阻大、输出功率低的问题，故海底微生物燃料电池阳极、阴极、质子交换膜性能的提高是目前海底微生物燃料电池研究需要突破的关键问题。此外，微生物燃料电池的阴极还原反应为多电子反应，反应动力学缓慢，实验表明有效的增加阴极催化面积能够加速电子的转移过程，提高输出功率。
4.该圆柱形微生物燃料电池阴极室外壳完全由阴极电极组成，不仅增大了电极面积，其配套的质子交换膜也为圆柱形极大的增加了离子扩散的面积及速率；此外，阴极电子受体数目对微生物燃料电池的开路电压和功率输出影响也不同，圆柱形电池结构阴极与质子交换膜之间可以填充电子受体溶液，其较大容积有利于电子的传输，从而提高了电池整体的输出功率。
5.海洋中蕴藏着巨大的资源，丰富的有机碳源储存在海洋底泥中，这些有机碳能够为海底微生物燃料电池提供充足的原料，然而目前关于海底沉积泥利用的研究甚少。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的，利用海洋底泥作为有机物及提供一种新颖的圆柱型双室阴极微生物燃料电池结构以增加阴极面积进而提高产电输出。
7.本实用新型通过以下技术方案予以实现：
8.一种水下微生物燃料电池发生装置，包括阴极1、质子交换膜2、阳极3、传感器4、导线5、电池盖6、阳极室7、阴极室8、海洋底泥9，过滤网10，电池底托11；阳极室7底部装有海洋底泥9，整个电池为圆柱形，阳极室7在内部，阴极1在外部，质子交换膜2与阴极1均为圆柱形，阳极3与阴极1通过导线5连接并与外电路传感器4构成闭合回路。
9.所述阴极1即为电池外壁，由电池盖4与电池底托10所带的凹槽及螺丝螺帽固定，其由三层结构组成，外侧由扩散层组成，中间由不锈钢网或者钛网组成，内侧由催化剂组成，该电池亦可用于非水下环境。
10.所述质子交换膜2与海洋底泥8之间由过滤网分离。
11.所述阳极3为圆柱形石墨棒。
12.所述传感器4为盐度传感器。
13.本实用新型与现有技术相比较，最大限度地增加了阴极的接触面积，并且有效的利用了海水/河水资源作为反应物及媒介，节约了构建成本，同时该电池有望为海洋检测设备如温度传感器、盐度传感器、声纳监测等耗能低的水下设备提供电源。
附图说明
14.图1是本实用新型用于处理海洋底泥的水下微生物燃料电池示意图。
15.附图标记如下：
[0016]1‑‑
阴极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑‑
质子交换膜
[0017]3‑‑
阳极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4—盐度传感器
[0018]
5—导线
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑‑
电池盖
[0019]7‑‑
阳极室
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑‑
阴极室
[0020]9‑‑
海洋底泥
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑‑
过滤网
[0021]
11
‑‑
电池底托
具体实施方式
[0022]
实施例1
[0023]
如图1所示，圆柱形阳极室7内设置有海洋底泥，阳极室由高30cm、直径为20cm质子交换膜2围成，以便阳极产生的质子通过质子交换膜迁移到阴极表面。质子交换膜2与阳极由过滤网10隔开，石墨棒作为阳极3置于泥浆上部，所述阴极1即为电池外壁，大小为高30cm,直径为40cm，由电池盖6与电池底托11所带的凹槽及螺丝螺帽固定，其由三层结构组成，外侧由扩散层组成，中间由不锈钢网或者钛网组成，内侧由催化剂组成，扩散层一般由导电炭黑与粘结剂辊压而成，催化层一般采用高活性催化剂与粘结剂辊压而成。该电池亦可用于非水下环境。用于非水环境时，阴极外侧可直接暴露于空气中，氧气作为电子受体。阴极1与阳极3通过导线5与电阻或传感器4相连接，当与电阻连接时是为单纯进行废弃钻井泥浆的处理，此时电阻值为100
‑
1000欧姆，传感器4也可换成其他小功率电子设备例如温度湿度计、ph计等，当与这些电子设备连接时则是利用微生物燃料电池产生的能量驱动用电设备，电极供电。
[0024]
目前，本实用新型主要用于海洋底泥的降解，充分利用丰富的海洋资源来生产绿
色能源，但产生的电能尚不足以驱动较大的用电设备。
[0025]
实用新型主要是微生物燃料电池阳极的微生物利用海洋底泥的有机物产生电能，阳极材料石墨棒提供高电导率。电池外壳由阴极组成最大限度地增加了阴极的接触面积，阴极内侧是具有高孔隙率和高还原性的催化剂，为接受电子提供大的比表面积，从而有利于电化学反应过程中的电子转移，提供较大的功率密度。同时该装置有效的利用了海水/河水资源作为反应物及媒介，节约了构建成本，同时该电池有望为海洋检测设备如温度传感器、盐度传感器、声纳监测等耗能低的水下设备提供电源。