一种储电放电微生物燃料电池及储电方法与流程

本发明属于能源利用，具体涉及一种储电放电微生物燃料电池及储电方法。

背景技术：

1、微生物燃料电池主要是利用微生物作用将污水中的化学能转化成电能的装置，是一种新型污水处理技术。通过产电菌代谢可生物降解的有机物，并将代谢产生的电子传递到外电路输出电能，因其独特的能源环境效应同时该技术避免了能量在多次转化过程中的浪费现象，可以直接利用污水中的有机物产生电能。微生物燃料电池不仅实现了污水中有机物高效利用，还产生了清洁型的能源。这种技术可以将污水中能够再利用的物质进行回收，对环境无污染。而受到了科研人员的广泛关注但是传统的利用微生物燃料电池处理污水是直接将污水投加到反应器内产电，存在微生物燃料电池输出电压不稳定和电量无法储存的缺点。

2、公开号为cn103401008b，公开日为2016年10月5日的中国专利文献，公开了利用电容性阳极储存生物电能的方法和装置，装置包括阳极室、阴极室和离子交换膜，阳极室和阴极室由离子交换膜分隔开，阳极室中的阳极采用电容性电极；在所述阳极室中加入产电细菌和有机物形成微生物燃料电池mfc阳极室。本发明通过将修饰有超级电容器材料的电极装入微生物燃料电池的阳极室，在电池内部形成内置的电容系统，在开路条件下，实现阳极室中产电细菌生物电的储电过程；接入带有负载的电路，装置对外放电，可实现存储生物电的放电。但是该文献的生物电是存储在阳极中，仅用于实现微生物燃料电池暂态输出功率的提升，仍然存在微生物燃料电池输出电压不稳定和电量无法储存的缺点。

技术实现思路

1、本发明提供的一种储电放电微生物燃料电池及储电方法目的是克服现有技术中微生物燃料电池输出电压不稳定和电量无法储存的问题。

2、为此，本发明提供了一种储电放电微生物燃料电池，包括阳极、阴极、导线、电荷泵和电容，阳极包括阳极室和阳极电极，阴极包括阴极室和阴极电极，阳极室内连接阳极电极，阴极室内连接阴极电极，阳极电极的上端和阴极电极的上端均通过导线连接电荷泵，电荷泵电连接电容，阳极室内填充有产电基质，阴极室内填充有耗电基质。

3、优选的，所述阳极室的侧壁自上向下依次开设有阳极室进水口和阳极室出水口，阳极室的底端开设有阳极产物排出口，阳极室的上端面设置连接有阳极密封盖，阳极电极上连接阳极密封盖且阳极电极位于阳极室进水口和阳极室出水口之间，阳极密封盖上开设有导线口一和排气口一，导线一端穿过导线口一电连接阳极电极。

4、优选的，所述阴极室的侧壁自上向下依次开设有阴极室进水口和阴极室曝气口，阴极室的上端面设置连接有阴极密封盖，阴极电极上连接阴极密封盖且阴极电极位于阴极室进水口和阴极室曝气口之间，阴极密封盖上开设有导线口二和排气口二，导线的另一端穿过导线口二电连接阴极电极。

5、优选的，所述阳极电极采用碳刷+碳颗粒材料，碳刷+碳颗粒材料的表面附着有产电微生物。

6、优选的，所述产电基质的液位高于阳极电极的上端面，耗电基质的液面高于阴极电极的上端面。

7、优选的，所述阳极电极中部位置处的阳极室侧壁开设连接有阳极连通管，阴极电极中部位置处的阴极室侧壁开设连接有阴极连通管，阳极连通管连接阴极连通管，阳极连通管和阴极连通管的交接处设置连接有质子交换膜。

8、优选的，所述阳极室的下端设置连接有产物收集斗，阳极产物排出口位于产物收集斗的底端。

9、优选的，所述产物收集斗的形状为倒锥形。

10、优选的，所述产电基质为含有机物的污水，耗电基质为含盐的耗电基质。

11、一种基于所述的储电放电微生物燃料电池的储电方法，包括如下步骤：

12、1)经阳极室进水口将产电基质通入阳极室内，使产电基质的液面高于阳极电极的上端面；经阴极室进水口将耗电基质通入阴极室，使耗电基质的液面高于阴极电极的上端面；

13、2)将阳极电极和阴极电极均连接电荷泵；

14、3)在阳极室内阳极电极使产电基质失电子成为co2，同时阳极电极中的微生物使产电基质中的有机物在生物作用下转换为co2并从排气口一排出，净化后的污水从阳极室出水口排出；打开阴极室曝气口，在阴极室中，阴极电极获得阳极电极失去的电子，阴极电极将获得的电子与耗电基质中的h+与氧气结合产生水；在上述过程中，电荷泵采集电能并将电能储存在电容中，当电容电压充到设定值时，完成电容的充电。

15、本发明的有益效果：

16、1、本发明提供的这种储电放电微生物燃料电池及储电方法，经阳极室进水口将产电基质通入阳极室内，经阴极室进水口将耗电基质通入阴极室，将阳极电极和阴极电极均连接电荷泵，在阳极室内阳极电极使产电基质失电子成为co2，同时阳极电极中的微生物使产电基质中的有机物在生物作用下转换为co2并从排气口一排出，净化后的污水从阳极室出水口排出；打开阴极室曝气口，在阴极室中，阴极电极获得阳极电极失去的电子，阴极电极将获得的电子与耗电基质中的h+与氧气结合产生水；在上述过程中，电荷泵采集电能并将电能储存在电容中，当电容电压充到设定值时，完成电容的充电；所述产电基质为含有机物的污水，本发明的这种储电放电微生物燃料电池能够去除污水中的有机物，同时收集的电能储存在电容中，电容在一定条件下放出电量功率较高。

17、2、本发明提供的这种储电放电微生物燃料电池及储电方法，主要利用电鳗原理储存电能，阳极和阴极电连接电荷泵，电荷泵电连接电容，与电鳗相同形成超级电容储存电量，同时电能释放原理也与电鳗放电原理相同，电鳗体内有一些小型叠层电池，放电时串联小型电池电压升高；本发明使用时，将多个此种储电放电微生物燃料电池按照要求电连(并联串联)后放电提高，其电池放电功率可直接驱动负载。

18、3、本发明提供的这种储电放电微生物燃料电池及储电方法，在阳极室进行污水净化的过程中，阳极室和阴极室之间通过质子交换膜进行质子交换，使阳极室和阴极室之间的维持电荷平衡。

19、4、本发明提供的这种储电放电微生物燃料电池及储电方法，采用碳刷+碳颗粒材料，碳刷+碳颗粒材料的表面附着有产电微生物；该材料可增加产电微生物附着量，提高产电效率。

技术特征：

1.一种储电放电微生物燃料电池，其特征在于：包括阳极、阴极、导线(15)、电荷泵(17)和电容(18)，阳极包括阳极室(19)和阳极电极(5)，阴极包括阴极室(20)和阴极电极(12)，阳极室(19)内连接阳极电极(5)，阴极室(20)内连接阴极电极(12)，阳极电极(5)的上端和阴极电极(12)的上端均通过导线(15)连接电荷泵(17)，电荷泵(17)电连接电容(18)，阳极室(19)内填充有产电基质，阴极室(20)内填充有耗电基质。

2.如权利要求1所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极室(19)的侧壁自上向下依次开设有阳极室进水口(3)和阳极室出水口(6)，阳极室(19)的底端开设有阳极产物排出口(1)，阳极室(19)的上端面设置连接有阳极密封盖(7)，阳极电极(5)上连接阳极密封盖(7)且阳极电极(5)位于阳极室进水口(3)和阳极室出水口(6)之间，阳极密封盖(7)上开设有导线口一(9)和排气口一(8)，导线(15)一端穿过导线口一(9)电连接阳极电极(5)。

3.如权利要求1所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述阴极室(20)的侧壁自上向下依次开设有阴极室进水口(13)和阴极室曝气口(10)，阴极室(20)的上端面设置连接有阴极密封盖(4)，阴极电极(12)上连接阴极密封盖(4)且阴极电极(12)位于阴极室进水口(13)和阴极室曝气口(10)之间，阴极密封盖(4)上开设有导线口二(11)和排气口二(21)，导线(15)的另一端穿过导线口二(11)电连接阴极电极(12)。

4.如权利要求1所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极电极(5)采用碳刷+碳颗粒材料，碳刷+碳颗粒材料的表面附着有产电微生物。

5.如权利要求1所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述产电基质的液位高于阳极电极(5)的上端面，耗电基质的液面高于阴极电极(12)的上端面。

6.如权利要求1所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极电极(5)中部位置处的阳极室(19)侧壁开设连接有阳极连通管(22)，阴极电极(12)中部位置处的阴极室(20)侧壁开设连接有阴极连通管(14)，阳极连通管(22)连接阴极连通管(14)，阳极连通管(22)和阴极连通管(14)的交接处设置连接有质子交换膜(16)。

7.如权利要求2所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极室(19)的下端设置连接有产物收集斗(2)，阳极产物排出口(1)位于产物收集斗(2)的底端。

8.如权利要求7所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述产物收集斗(2)的形状为倒锥形。

9.如权利要求1所述的储电放电微生物燃料电池，其特征在于：所述产电基质为含有机物的污水，耗电基质为含盐的耗电基质。

10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述的储电放电微生物燃料电池的储电方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明属于能源利用技术领域，具体提供了一种储电放电微生物燃料电池及储电方法，包括阳极、阴极、导线、电荷泵和电容，阳极包括阳极室和阳极电极，阴极包括阴极室和阴极电极，阳极室内连接阳极电极，阴极室内连接阴极电极，阳极电极的上端和阴极电极的上端均通过导线电连接电荷泵，电荷泵电连接电容，阳极室内填充有产电基质，阴极室内填充有耗电基质；解决了现有技术中微生物燃料电池输出电压不稳定和电量无法储存的问题，本发明能够去除污水中的有机物，同时收集的电能储存在电容中，电容在一定条件下放出电量功率较高，输出电压稳定。

技术研发人员：赵治国,谭焕,王茹,蔡毅,李湧,张文旭,杨仙,朱豪飞
受保护的技术使用者：陕西冶金设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13