微生物燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微生物燃料电池系统(100)，其具备：给排室(1)，用于供给和排出电解液(4)；负极(6)，其浸渍于电解液中，在表面保持着电流生成菌；以及正极(5)，其浸渍于电解液中，至少一部分在气相(10)中露出，在除露出于气相中的部分以外的表面保持着硝化菌。而且正极的除露出于气相中的部分以外的表面以及电解液的至少一方保持着脱氮菌。根据这样的微生物燃料电池系统，不受处理液中的氮量的限制而可以同时进行处理液的有机物处理和硝化、脱氮。另外，也可以伴随着有机物处理、硝化以及脱氮而进行发电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微生物燃料电池系统
本专利技术涉及一种微生物燃料电池系统。
技术介绍
一直以来，为人所知的是能够在单一槽中同时进行处理液中的有机物处理和硝化、脱氮的装置(例如参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平10-85787号公报
技术实现思路
在以前的单一槽中，能够同时进行处理液的有机物处理和硝化、脱氮的装置可以列举出如下的问题：有机物处理仅依赖于脱氮反应，能够处理的有机物量受到处理液中的氮量的限制。本专利技术提供一种微生物燃料电池系统，其不受处理液中的氮量的限制而可以同时进行处理液的有机物处理和硝化、脱氮，而且伴随着有机物处理、硝化以及脱氮也可以进行发电。本专利技术的方式涉及一种微生物燃料电池系统，其具备：给排室，用于供给和排出电解液；负极，其浸渍于电解液中，在表面保持着电流生成菌；以及正极，其浸渍于电解液中，至少一部分在气相中露出，在除露出于气相中的部分以外的表面保持着硝化菌。而且正极的除露出于气相中的部分以外的表面以及电解液的至少一方保持着脱氮菌。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式的微生物燃料电池系统的一个例子的概略图。图2是表示正极附近的反应区域的概略图。图3是表示微生物燃料电池系统的正极的构成的概略图。图4是表示本专利技术的实施方式的微生物燃料电池系统的其它例子的立体图。图5是沿着图4中的A-A线的剖视图。图6是表示上述微生物燃料电池系统的电极接合体、盒式基材以及板构件的分解立体图。图7是表示本专利技术的实施方式的微生物燃料电池系统的其它例子的立体图。图8是沿着图7中的B-B线的剖视图。具体实施方式下面就本实施方式的微生物燃料电池系统进行详细的说明。此外，为便于说明，附图的尺寸比例有所夸大，往往与实际的比例不同。[第一实施方式]本实施方式的微生物燃料电池系统100如图1和图2所示，具有单一槽的给排室1。给排室1具有作为处理液的电解液4的供给口2、和电解液4的排出口3，可以适当地进行电解液4的供给以及排出。供给口2以及排出口3的位置并不局限于图1的情况，只要能够进行电解液4的供给以及排出，就可以是任意的场所。在本实施方式中，示出了给排室1具有供给口2以及排出口3的情况，但在给排室1没有供给口2以及排出口3的情况下，也可以直接向给排室1进行电解液4的供给、排出。另外，也可以设置一个共用供给口2和排出口3的给排出口。另外，微生物燃料电池系统100具有正极5、负极6以及配置于正极5和负极6之间的离子透过膜7。在图1中，示出了使正极5、负极6以及离子透过膜7分别分离而设置的情况，但正极5、离子透过膜7以及负极6也可以层叠在一起。正极5被配置为浸渍于给排室1中的电解液4中，一个面51在气相10中露出。一个面51具有憎水性以及氧的透过性。由此，气相10中的氧透过一个面51，而渗透至正极5中的电解液4不会透过一个面51。另外，负极6被配置为浸渍于给排室1中的电解液4中。而且正极5和负极6通过外部电路8而进行电连接。(正极)本实施方式的正极5由多孔性的导电体形成。具体地说，可以列举出碳纸、碳毡、碳布或者活性炭片材等碳材料，和铝、铜、不锈钢、镍或者钛等金属网等。正极5也可以通过由多孔质或织布状的材料形成而具有多孔性。另外，正极5既可以整体上具有多孔性，也可以一部分为多孔性。如果进行详细的说明，则本实施方式的正极5如图3所示，由具有憎水层52、和以与憎水层52接触的方式重叠的气体扩散层53的气体扩散电极构成。通过使用这样的薄板状气体扩散电极，便能够容易地向担载于正极5上的催化剂供给气相10中的氧。正极5的憎水层52是一并具有憎水性和氧透过性的层。憎水层52被构成为：一边将微生物燃料电池系统100的电化学体系中的气相和液相良好地分离，一边允许氧从气相向液相的移动。也就是说，憎水层52一面使气相10中的氧透过而向气体扩散层53移动，一面也可以抑制电解液4向气相10侧移动。此外，这里所说的所谓“分离”，是指在物理学上的隔开。憎水层52与含有氧的气相10接触，使气相10中的氧扩散。而且憎水层52在图3所示的构成中，可以向气体扩散层53大致均匀地供给氧。因此，憎水层52优选为多孔质体，以便能够使该氧扩散。此外，憎水层52由于具有憎水性，因而可以抑制多孔质体的细孔因结露等而闭塞，并可以抑制氧的扩散性的降低。另外，电解液4难以渗入憎水层52的内部，因而从憎水层52的与气相10接触的面51至与气体扩散层53相对置的面，能够使氧有效地流通。憎水层52优选由织布或者无纺布形成为片材状。另外，构成憎水层52的材料只要具有憎水性，且能够使气相10中的氧扩散，就没有特别的限定。作为构成憎水层52的材料，例如可以使用选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、乙基纤维素、聚4-甲基戊烯-1、丁基橡胶以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)之中的至少一种。这些材料容易形成多孔质体，进而憎水性也较高，因而可以抑制细孔的闭塞而使气体扩散性得以提高。此外，憎水层52在憎水层52和气体扩散层53的层叠方向优选具有多个贯通孔。憎水层52为了提高憎水性，也可以根据需要使用憎水剂而实施憎水处理。具体地说，也可以使聚四氟乙烯等憎水剂附着在构成憎水层52的多孔质体上，从而提高憎水性。正极5的气体扩散层53优选具有多孔质的导电性材料、和担载于该导电性材料上的催化剂。此外，气体扩散层53也可以由多孔质且具有导电性的催化剂构成。正极5通过具有这样的气体扩散层53，可以使通过后述的局部电池反应生成的电子在催化剂和外部电路8之间导通。也就是说，如后所述，在气体扩散层53上担载着催化剂，而且催化剂为氧还原催化剂。而且电子从外部电路8通过气体扩散层53而向催化剂移动，从而在催化剂的作用下，能够进行基于氧、氢离子以及电子的氧还原反应。正极5为了确保稳定的性能，优选氧高效地透过憎水层52以及气体扩散层53而供给至催化剂以及硝化菌。因此，气体扩散层53优选为从与憎水层52相对置的面至相反侧的面具有许多让氧透过的细孔的多孔质体。另外，气体扩散层53的形状特别优选为三维的网格状。通过这样的网格状，能够赋予气体扩散层53以高的氧透过性以及导电性。在正极5中，为了有效地向气体扩散层53供给氧，憎水层52优选经由粘结剂而与气体扩散层53接合在一起。由此，扩散的氧可以直接向气体扩散层53供给，从而能够有效地进行氧还原反应。粘结剂从确保憎水层52和气体扩散层53之间的粘接性的角度考虑，优选设置在憎水层52和气体扩散层53之间的至少一部分上。不过，从提高憎水层52和气体扩散层53之间的粘接性、从而长时间稳定地向气体扩散层53供给氧的角度考虑，粘结剂更优选为设置在憎水层52和气体扩散层53之间的整个表面上。作为粘结剂，优选具有氧透过性，可以使用含有选自聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁二烯橡胶以及聚硅氧烷之中的至少一种的树脂。在此，就本实施方式中的正极5的气体扩散层53进一步进行详细的说明。如上所述，气体扩散层53可以设计为如下的构成：具有多孔质的导电性材料、和担载于该导电性材料上的催化剂。气体扩散层53中的导电性材料例如可以由选自碳系物质、导电性聚合物、半导体以及金属之中的一种以上的材料构成。在此，所谓碳系物质，是指以碳为构成成分的物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物燃料电池系统，其具备：给排室，用于供给和排出电解液；负极，其浸渍于所述电解液中，在表面保持着电流生成菌；以及正极，其浸渍于所述电解液中，至少一部分在气相中露出，在除露出于所述气相中的部分以外的表面保持着硝化菌；其中，所述正极的除露出于所述气相中的部分以外的表面以及所述电解液的至少一方保持着脱氮菌。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.11 JP 2015-0482321.一种微生物燃料电池系统，其具备：给排室，用于供给和排出电解液；负极，其浸渍于所述电解液中，在表面保持着电流生成菌；以及正极，其浸渍于所述电解液中，至少一部分在气相中露出，在除露出于所述气相中的部分以外的表面保持着硝化菌；...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木雄也，吉川直毅，北出祐基，釜井亮，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP