一种控温微生物燃料电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种控温微生物燃料电池，包括电池本体和离子交换膜，所述离子交换膜设置于所述电池本体中部并将所述电池本体分为阳极室和阴极室，所述阳极室内设置有阳极体，所述阴极室内设置有阴极体并且所述阴极室上端设置开口，所述阳极体接种厌氧微生物，阴极体接种好氧微生物或不接种微生物，所述阳极体和所述阴极体通过外电阻连接形成闭合回路，所述阳极体和所述阴极体均连接有控温系统，所述控温系统包括直流电源、温度控制器和温度传感器。本实用新型专利技术能够迅速调控微生物燃料电池阳极体和阴极体表面的温度，提高微生物的生物活性，加速阴极体上电子受体的还原反应，从而提高微生物燃料电池的性能，其结构简单，便于扩大化工业生产与应用。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电池，尤其涉及一种控温微生物燃料电池，属于绿色生物能源

技术介绍
微生物燃料电池(MicrobialFuelCell,MFC)由阳极室和阴极室组成，两极室之间通过离子交换膜相隔。阳极微生物在厌氧环境下降解有机物产生电子、质子和二氧化碳；电子传输到阳极通过外电路负载到达生物阴极，质子通过离子交换膜由阳极室到达阴极室；阴极室电子受体氧气在阴极得到电子和质子而被还原成水，从而产生电流。微生物燃料电池是一种绿色新能源技术，在近儿年得到广泛深入地研究，为解决能源短缺和污水处理提供了一条新途径。到目前为止，实验室里的微生物燃料电池的实际性能比理想性能还是低很多。微生物燃料电池的产电性能产生受到很多因素的影响。微生物燃料电池的产电包括几个主要过程：微生物的代谢、电子从细胞传递到阳极、质子从阳极转移到阴极以及阴极上电子受体的还原反应，这几个部分中每一个微小的细节都直接影响到微生物燃料电池的性能。电池中微生物的低转化效率，即使是在最快的生长速率下，微生物的转化效率以及与电极之间的电子传递依然很慢。而高温能够加速几乎所有的反应动力学，包括生物的和化学的。通过升温的方法可以提高电子在微生物中的转化效率，降低电极反应的活化损失。在微生物燃料电池中通常都是利用氧气作为阴极中还原反应的电子受体，氧气还原的动力学因素也是微生物燃料电池性能的一个限制因子。升温能够提高物质传输速率、加速阴极的电极反应，从而提高电池的性能。将微生物燃料电池整个放置在有控温装置的水槽中，可以获得稳定的恒温环境，中国专利文CN101916871A公开了一种微生物燃料电池的控温装置，由水槽、挡板、钛加热管、热电偶、循环水泵、半导体制冷器和电器控制仪表构成；水槽为长方形结构并设有进水口和出水口,水槽内壁上设有挡板插槽；挡板为长方形板并开有长方形水流孔；钛加热管和热电偶固定在水槽内；循环水泵进水口通过管道与水槽出水口相连,循环水泵出水口通过管道与半导体制冷器进水口相连,半导体制冷器出水口通过管道与水槽进水口相连；钛加热管、热电偶、循环水泵和半导体制冷器分别通过导线与电器控制仪表连接。该装置可以根据反应温度的需要实现温度的上升和降低,为微生物燃料电池运行工艺条件的深入研究提供有力的实验条件，但是当微生物燃料电池体积比较大的情况下，特别是处理城市污水时需要大体积的电池，整体控温获得稳定温度所需要的时间长，让整个微生物燃料电池整体恒温所需要的外加能量巨大。本技术设计了一种控温微生物燃料电池。利用本技术，不仅可以监测微生物燃料电池阳极和阴极表面温度，而且可以通过温控电路快速调控阳极和阴极表面温度。本技术能够提高微生物的生物活性，加速阴极上电子受体的还原反应，从而提高微生物燃料电池的性能，减少分解有机污染物所需时间。和加热整个微生物燃料电池相比，本技术所需的能量少，能够大大降低了微生物燃料电池升温的成本。本技术所述的微生物燃料电池装置结构简单，便于扩大化工业生产与应用。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种控温微生物燃料电池，通过温控电路控制微生物燃料电池的阳极体和阴极体表面温度，提高微生物的生物活性，加速阴极上电子受体的还原反应，从而提高微生物燃料电池的性能，减少分解有机污染物所需时间；本技术所需的能量少，能够大大降低了微生物燃料电池升温的成本；本技术所述的微生物燃料电池装置结构简单，便于扩大化工业生产与应用。本技术所采用的技术方案：一种控温微生物燃料电池，包括电池本体和离子交换膜，所述离子交换膜设置于所述电池本体中部并将所述电池本体分为阳极室和阴极室，所述阳极室内设置有阳极体，所述阴极室内设置有阴极体并且所述阴极室上端设置开口，所述阳极体接种厌氧微生物，阴极体接种好氧微生物或不接种微生物，所述阳极体和所述阴极体通过外电阻连接形成闭合回路，所述阳极体和所述阴极体均连接有控温系统。优选的，所述控温系统包括直流电源、温度控制器和温度传感器，所述直流电源与所述温度控制器的电源端连接，所述温度控制器的温度信号接收端与所述温度传感器的温度信号输出端连接，所述温度传感器设置在所述阳极体和所述阴极体外表面。优选的，所述阳极体和所述阴极体均由内层加热片，中间层导热绝缘体与外层电极活性体组成。优选的，所述加热片是金属材料或非金属材料或合金材料。优选的，所述的导热绝缘体可以是导热硅脂、导热胶带、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片中的一种或多种。优选的，所述电极活性体可以是碳浆、碳布、石墨片、碳糊、碳纳米管、石墨烯、不锈钢、钛片材料。优选的，所述闭合回路包括导线、外电阻和电压表。优选的，所述温度传感器可以是热敏电阻或热电偶。优选的，所述温度传感器引线的数量至少为两根。优选的，所述温度控制器的数量为一个或两个。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术能够迅速调控微生物燃料电池阳极体和阴极体表面的温度，提高微生物的生物活性，加速阴极上电子受体的还原反应，从而提高微生物燃料电池的性能，减少分解有机污染物所需时间；与传统的加热整个微生物燃料电池相比，本技术所需的能量少，能够大大降低了微生物燃料电池升温的成本；本技术所述的微生物燃料电池装置结构简单，便于扩大化工业生产与应用。附图说明图1为本技术一种控温微生物燃料电池的结构示意图。图2为本技术实施例一一种控温微生物燃料电池的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本技术的技术方案。如图1所示，一种控温微生物燃料电池，包括电池本体1和离子交换膜2，所述离子交换膜2设置于所述电池本体1中部并将所述电池本体1分为阳极室3和阴极室4，所述阳极室3内设置有阳极体，所述阴极室4内设置有阴极体并且所述阴极室4上端设置开口14，用于供大气气体进入；所述阳极体接种厌氧微生物5，阴极体接种好氧微生物或不接种微生物，所述阳极体和所述阴极体通过外电阻6连接形成闭合回路7，所述阳极体和所述阴极体均连接有控温系统。所述控温系统包括直流电源8、温度控制器9和温度传感器10，所述直流电源8与所述温度控制器9的电源端连接，所述温度控制器9的温度信号接收端与所述温度传感器10的温度信号输出端连接，所述温度传感器10设置在所述阳极体和所述阴极体外表面，所述阳极体和所述阴极体均由内层加热片11，中间层导热绝缘体12与外层电极活性体13组成，所述加热片11是金属材料或非金属材料或合金材料，所述闭合回路包括导线7、外电阻6和电压表15。在本技术的具体技术方案，在控温系统中，直流电源8负责提供直流电，温度传感器10测定阳极体和阴极体表面的温度并反馈给温度控制器9，温度控制器9通过调节施加在阳极体和阴极体的内层加热片11电流大小来控制阳极体和阴极体表面的温度；所述的内层加热片11可以是金属材料如铜片、镍片、铁片等，可以是非金属材料如碳片等，还可以是合金材料如铁镍合金片、镍铬合金片、铁镍铬合金片等。所述的导热绝缘体12可以是导热硅脂、导热胶带、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片中的一种或多种，所述电极活性体可以是碳浆、碳布、石墨片、碳糊、碳纳米管、石墨烯、不锈钢、钛片材料，所述温度传感器10可以是热敏电阻或热电偶，所述温度传感器10引线的数量至少为两根，所述温度控制器9的数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控温微生物燃料电池，其特征在于：包括电池本体和离子交换膜，所述离子交换膜设置于所述电池本体中部并将所述电池本体分为阳极室和阴极室，所述阳极室内设置有阳极体，所述阴极室内设置有阴极体并且所述阴极室上端设置开口，所述阳极体接种厌氧微生物，阴极体接种好氧微生物或不接种微生物，所述阳极体和所述阴极体通过外电阻连接形成闭合回路，所述阳极体和所述阴极体均连接有控温系统。

【技术特征摘要】
1.一种控温微生物燃料电池，其特征在于：包括电池本体和离子交换膜，所述离子交换膜设置于所述电池本体中部并将所述电池本体分为阳极室和阴极室，所述阳极室内设置有阳极体，所述阴极室内设置有阴极体并且所述阴极室上端设置开口，所述阳极体接种厌氧微生物，阴极体接种好氧微生物或不接种微生物，所述阳极体和所述阴极体通过外电阻连接形成闭合回路，所述阳极体和所述阴极体均连接有控温系统。2.根据权利要求1所述的一种控温微生物燃料电池，其特征在于：所述控温系统包括直流电源、温度控制器和温度传感器，所述直流电源与所述温度控制器的电源端连接，所述温度控制器的温度信号接收端与所述温度传感器的温度信号输出端连接，所述温度传感器设置在所述阳极体和所述阴极体外表面。3.根据权利要求2所述的一种控温微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极体和所述阴极体均由内层加热片，中间层导热绝缘体与外层电极活性体组成。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：施志聪，黄宗雄，柯曦，刘军，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东;44