本发明专利技术涉及微藻生物直驱发电电池，具体地说涉及一种用微藻生物作为阳极电子供体的生物燃料电池，包括阳极池和阴极池，阳极池和阴极池之间由质子交换膜隔开，阳极和阴极分别固定在阳、阴极池内部，并且由外部电阻连接，阳极的电子供体为微藻生物，阴极的电子受体为常用的阴极化学品或微藻生物。本发明专利技术是通过微藻生物直接发电的方式，将光能转化为化学能，再由化学能转化为电能，即将活的微藻生物作为阳极，在没有基底物质下，通过光合作用转化光能为化学能的过程中，电子被引导泄漏直接产生电力，提供了一种新型的生物燃料电池系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微藻生物直驱发电电池，具体地说涉及微藻生物作为阳极电子供体的燃料电池。
技术介绍
由于石油的资源不足,减少供应和不断成本的增加，寻找产能的代替技术成为了研究界的重大兴趣，多年来探索有关产能的代替技术，藻类已被尝试用于能量替代源，不过大量的研究数据都集中在开采藻类生物油里，从而用于合成生物燃料。到目前为止，开采藻类生物油的成本仍然很高，暂时无法与石油燃料竞争。从文献表明，微藻曾被利用于微生物燃料电池中，但是微藻一般被用于阳极板上微生物可以利用的底物，或者是将微藻放置在阴极作为被动的电子受体。微藻阳极型燃料电池虽也有所报道，但以微藻产氢产电方式或藻菌协同产电方式为主。专利CN200910220037公开了一种基于光合作用产电的绿藻生物燃料电池，是一种间接法绿藻光解水产氢体系，而微藻产氢会受到氢气的反抑制作用以及金属电极的高成本、易中毒的限制。目前，以微藻直接产电方式的燃料电池研究报道还比较少。
技术实现思路
本专利技术提供一种微藻生物直驱发电电池，是以微藻生物作为阳极电子供体，通过光合作用转化光能为化学能的过程中电子被引导泄漏直接产生电力，这种产电的装置技术和结果并未见报道。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种改进微藻生物直驱发电电池，包括阳极池和阴极池，阳极池和阴极池之间由质子交换膜隔开，阳极和阴极分别固定在阳极池、阴极池内部，并且由外部电阻连接，其特征在于：阳极的电子供体为微藻生物，阴极的电子受体为阴极化学品或微藻生物，阳极的微藻生物通过控制微藻生物所处的环境引导电子外 泄，产生电子，产生的电子通过外电路传递至阴极，并与阴极的电子受体结合产生电力。所述的微藻生物包括小球藻、微绿球藻、斜生栅藻、纤细裸藻、极大螺旋藻、盐生杜氏藻、雨生红球藻、钝顶螺旋藻中的任意一种。所述的微藻生物所处的环境包括光照强度，微藻生物细胞密度，所处环境中的氧气水平。所述的光照强度为1000-10000Lux。所述的微藻生物细胞密度为1×104-4×107。微藻生物直驱发电电池还可以通过泵入氮气或加入氧气吸收剂来减少阳极的氧气水平，其中氧气吸收剂包括亚硫酸钠。所述的阴极化学品包括铁氰化钾、所述的微藻生物在培养过程中还可以添加钙元素，而增加电力，钙元素的添加量为培养微藻生物的培养基总质量的0.05％-0.25％，培养时间为36-50h；所述的钙元素包括硫酸钙、亚硫酸钙、碳酸钙。阳极的微藻生物还可以通过添加化学物质来诱导阳极微藻生物电子传递链的质子漏，增加电子的泄漏，而增加电力，产生的质子通过质子交换膜传递至阴极池，所述的化学物质包括2,4-二硝基苯酚、白藜芦醇；其中2,4-二硝基苯酚、白藜芦醇加入后至体系中的2,4-二硝基苯酚、白藜芦醇浓度为250-1000ppm。所述的微藻生物直驱发电电池还可以通过添加介质调节物或使用高盐培养基来减小装置内阻，介质调节物质包括4-硝基苯胺、4-硝基苯酚、甲基蓝、中性红、硫堇、甲基紫精、腐殖酸，其中，4-硝基苯胺、4-硝基苯酚添加后至体系中4-硝基苯胺、4-硝基苯酚浓度为5-15ppm。本专利技术涉及的微藻生物直驱发电电池，具体地说涉及一种用微藻生物作为阳极电子供体的微藻生物直驱发电电池，包括阳极池和阴极池，阳极池和阴极池之间由质子交换膜隔开，阳极和阴极分别固定在阳、阴极池内部，并且由外部电阻连接，阳极的电子供体为微藻生物，阴极的电子受体为常用的阴极化学品或微藻生物。本专利技术是通过微藻生物直接发电的方式，将光能转化为化学能，再由化学能转化为电能，即将活的微藻生物作为阳极，在没有基底物质下，通过光合作用转化光能为化学能的过程中，电子被引导泄漏直接产生电力，提供了一种新型的生物燃料电池系统。该微藻生物直驱发电电池，通过不同的方式来提高发电能力，包括缩短阳极和阴极之间的距离，改变电极材料，提高电极表面面积，增加介质导电率，改善接触点。附图说明图1为本专利技术所述的微藻生物直驱发电电池的设备图，图1a为在不添加外部基板作为电力源下，使用微藻生物作为直驱发电电池组的电子供体，其中，1.阳极室，2.碳纤维，3.垫片，4.质子交换膜，5.阴极室；图1b为简易微藻生物直驱发电电池设备图，其中，1’阳极室，2’阴极室，3’质子交换膜，4’阳极反应通道。图2为本专利技术所述的微藻生物直驱发电电池的示意图，其中，图2a为模型1，其中阳极的电子供体为微藻生物，阴极的电子受体为铁氰化钾；图2b为模型2，其中阳极的电子供体为微藻生物，阴极的电子受体也为微藻生物。图3为图1a中设备在容积为200mL的下产生的电流。图4为图1中不同设备下产生的电流密度，其中，◆容积为150mL的图1a设备下，内设3500勒克斯的光照强度和1×106细胞浓度的电流密度；□容积为5mL的图1b设备下，内设3500勒克斯的光照强度和1×106细胞浓度的电流密度图5为本专利技术实施例1(图1a设备下)蛋白核小球藻直驱发电电池在不同受控条件下产生的电流图，图5a中细胞密度为5.94x 106细胞/毫升时，不同光照度条件下产生的电流图，其中■2500勒克斯，▲3500勒克斯，◆6500勒克斯；图5b中光照度为3500勒克斯，不同细胞密度条件下产生的电流图，其中◆3.68x 107，□3.08x 107，△1.39x 107，●5.94x 106细胞/毫升。图6为在没有加入Na2SO3下，阳极室中5.94×106细胞/毫升的微藻生物在不同光强度下的溶解氧(DO)mg/L，其中◆2500勒克斯；■3500勒克斯；▲6500勒克斯；随着加入1g/LNa2SO3下，阳极室中5.94×106细胞/毫升的微藻生物在不同光强度下的溶解氧(DO)mg/L，其中◇2500勒克斯；□3500勒克斯；△6500勒克斯。图7为本专利技术实施例2蛋白核小球藻直驱发电电池在阳极池中加入亚硫酸钠后，不同受控条件下产生的电流图，图7a中细胞密度为5.94x 106细胞/毫升时，不同光照度条件下产生的电流图，其中■2500勒克斯，▲3500勒克斯，◆6500 勒克斯；图7b中光照度为3500勒克斯，不同细胞密度条件下产生的电流图，其中◆3.68x 107，□3.08x 107，△1.39x 107，●5.94x 106细胞/毫升。图8为3500勒克斯的光照强度，未加入Na2SO3下，微藻生物在不同细胞密度下的溶解氧(DO)mg/L，其中，◆5.95x106、■1.39x107、●3.08x107、▲3.68x107；随着加入1g/LNa2SO3下，3500勒克斯的光照强度下微藻生物在不同细胞密度下的溶解氧(DO)mg/L，其中◇5.95x106、□1.39x107、○3.08x107、△3.68x107。图9为本专利技术实施例3白藜芦醇(RVT)、2,4-二硝基苯酚(DNP)、4-硝基苯胺(4NA)、4-硝基苯酚(4NP)对蛋白核小球藻直驱发电电池的影响。图9a为不加入和加入白藜芦醇(RVT)和2,4-二硝基苯酚(DNP)条件下的电流图，其中■未加入RVT和DNP，◆加入RVT和DNP；图9b为加入4-硝基苯胺(4NA)条件下的电压图，其中◇5ppm 4NA，■加入10ppm 4NA,△15ppm 4NA。图9c为加入4-硝基苯酚(4NP)条件下的电压图，其中◇加入5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微藻生物直驱发电电池，包括阳极池和阴极池，阳极池和阴极池之间由质子交换膜隔开，阳极和阴极分别固定在阳极池、阴极池内部，并且由外部电阻连接，其特征在于：阳极的电子供体为微藻生物，阴极的电子受体为阴极化学品或微藻生物，阳极的微藻生物通过控制微藻生物所处的环境引导电子外泄，产生电子，产生的电子通过外电路传递至阴极，并与阴极的电子受体结合产生电力。
【技术特征摘要】
1.一种微藻生物直驱发电电池，包括阳极池和阴极池，阳极池和阴极池之间由质子交换膜隔开，阳极和阴极分别固定在阳极池、阴极池内部，并且由外部电阻连接，其特征在于：阳极的电子供体为微藻生物，阴极的电子受体为阴极化学品或微藻生物，阳极的微藻生物通过控制微藻生物所处的环境引导电子外泄，产生电子，产生的电子通过外电路传递至阴极，并与阴极的电子受体结合产生电力。2.如权利要求1所述的微藻生物直驱发电电池，其特征在于，所述的微藻生物包括小球藻、微绿球藻、斜生栅藻、纤细裸藻、极大螺旋藻、盐生杜氏藻、雨生红球藻、钝顶螺旋藻中的任意一种。3.如权利要求1所述的微藻生物直驱发电电池，其特征在于，所述的微藻生物所处的环境包括光照强度，微藻生物细胞密度，所处环境中的氧气水平。4.如权利要求3所述的微藻生物直驱发电电池，其特征在于，所述的光照强度为1000Lux-10000Lux。5.如权利要求3所述的微藻生物直驱发电电池，其特征在于，所述的微藻生物细胞密度为1×104-4×107。6.如权利要求1所述的微藻生物直驱发电电池，其特征在于，微藻生物直驱发电电池还可以通过泵入氮气或加入氧气吸收剂来减少阳极的氧气水平，其中氧气吸收剂包括亚硫酸钠。7.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘玉琼，王瑞华，徐畅，
申请(专利权)人：北京师范大学香港浸会大学联合国际学院，潘玉琼，王瑞华，
类型：发明
国别省市：广东;44
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