一种新型微生物燃料电池发生装置及其装配方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于污水处理技术领域，涉及一种新型微生物燃料电池发生装置及其装配方法，电池本体依次包括固定连接的阳极盖板、阳极碳布、阳极室、质子膜、阴极室、阴极碳布和阴极盖板，阳极室和阴极室顶部均开设加液口，阳极盖板和阴极盖板底部分别固定安装有阳极电极接触片和阴极电极接触片；电池底座包括电池底板座、接线座、电池夹板以及与电池夹板之间铰接导电弹簧的电池活动夹板，接线座上安装电池接线端子和电阻接线端子，电池夹板和电池活动夹板内侧固定安装与阳极电极接触片、阴极电极接触片分别接触的阳极电极接触针和阴极电极接触针，解决了燃料电池换液装配繁琐，阳极室密闭性不好导致燃料电池启动时间长、产电能力低的问题。

A novel microbial fuel cell generator and its assembly method

【技术实现步骤摘要】
一种新型微生物燃料电池发生装置及其装配方法
本专利技术属于污水处理
，涉及一种新型微生物燃料电池发生装置及其装配方法。
技术介绍
随着城市化进程加快，社会对各类资源的需求量大大的增加，生产生活中不可避免地产生大量的污染物质，环境污染问题日益突显，其中水污染问题尤为严重。据统计，近年来我国废水排放量以每年8％的速度递增，我国80％以上的河流和浅层地下水受到不同程度的污染，严重影响着人类的生存环境。社会经济的高速发展，致使我国每年排放约500亿吨废水，主要为有机废水。有机废水中含有可生化性以及不可生化性有机污染物，其中可生化性有机物在微生物的作用下会大量消耗水体中的溶氧，使水质恶化，它的含量反映了废水的重要理化性质。微生物燃料电池(microbialfuelcell，简称MFC)是将废水中蕴含的低品位化学能转化为电能的装置。这种装置由负载微生物(主要是产电菌)、阳极和阴极组成，其工作过程可概括为：阳极有机物在微生物的氧化分解作用下，产生质子和电子，电子通过呼吸酶(NADH)与NAD+在胞内传递，而后通过纳米导线，膜蛋白接触或电子中介体等胞外电子传递机制到达阳极，经外电路到达阴极，同时电解液中的质子受电场力和浓度差的驱动从阳极室传递到阴极；电子和质子在阴极与电子受体(O2，Fe(CN)63-)发生还原反应。MFC中有机物的能量转化分为熵变引起的热能和通过外电路负载获得的电能，外电路负载越大，能够获得的能量越高。当外电路负载趋近无限大时，MFC的能量相当于标准电池电动势中获得的自由能。然而事实上MFC很难达到标准电动势，因为在电极反应与传质过程中存在较大的能量损失，主要包括活化过电势，浓差过电势，欧姆过电势。活化过电势表示在电极表面发生电化学反应(阳极氧化、阴极还原过程)需要消耗的活化能。可从多个方面降低活化过电势：调控微生物生存环境包括pH，温度可保证较高的微生物活性以降低活化能；阳极产电微生物中G.sulfurreducens和S.oneidensis是两类主要的胞外产电菌群，它们既可以通过微生物外层膜上的细胞色素直接将电子传递给阴极，也可以利用自身代谢产生的电子中介体传递电子，外投电子中介体可以降低电子在微生物与电极间的能垒从而提高电子的有效传递；阳极、阴极本身的物理性质(粗糙度，比表面积，导电性等)，以及阴极氧还原催化剂及其载量也是影响活化过电势的重要因素。浓差过电势是当阳极氧化速率大于有机物的扩散速率，或者阴极氧扩散速率小于氧还原速率时，存在因反应物浓度限制造成的浓差极化，主要与电极表面的生物膜，水利条件以及反应器的构型设计有关，可以通过增大电极材料与反应物的接触面积，或者设置搅拌装置以减小浓差极化。欧姆过电势是质子传递阻力决定的，其主要影响因素是膜的尺寸、厚度、孔径以及电解液的电导率，电极间距等，欧姆阻抗与电流密度成线性正相关，通常减小电极间距或增大电导率可减小欧姆损失。然而现有的微生物燃料电池在换液装配时十分繁琐，而且阳极室的密闭性也不好，其主要原因是现有的微生物燃料电池的阴阳极通过导线导电并用电极夹进行电压采集，导线从阴阳极腔内伸出电池时会导致电池安装不密封，并且电极夹的接触不是十分紧密，长时间的运行后导线和电极夹经腐蚀后电阻会增大，导致所采集的数据不准确，延长了电池启动时间，而且阳极室厌氧环境差，阳极需氧杂菌富集导致厌氧产电菌活性低，进一步导致微生物燃料电池产电能力降低，培养时间长、性能不稳定、易生杂菌、科研效率较低。传统的微生物燃料电池长期严重制约着MFC在水污染控制及水环境管理科学研究领域的深度发展。针对传统微生物燃料电池的滞后性，有必要设计出一种既能保证整个换液装配过程简便又能保证阳极室的厌氧环境；微生物燃料电池设计首先要解决的问题是既要整个电池换液装配过程的简便，又要保证阳极厌氧环境，同时保证外接电阻的恒定，还要解决传统微生物电池漏液现象，解决传统微生物燃料电池启动时间长、阳极室厌氧环境差、厌氧产电菌活性低、电池产电能力降低、性能不稳定、易生杂菌、科研效率较低等问题，对于推动水污染控制和水环境管理科学研究有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为了解决上述微生物燃料电池存在换液装配过程繁琐，阳极室密闭性不好导致微生物燃料电池启动时间长、产电能力低，制约微生物燃料电池在水污染控制领域发展的问题，提供一种新型微生物燃料电池发生装置及其装配方法。为达到上述目的，本专利技术提供一种新型微生物燃料电池发生装置，包括相互配合使用且内腔为圆柱状的电池本体和长方体状的电池底座；电池本体包括配合使用且中间夹有质子膜的阳极室和阴极室，阳极室和阴极室外侧分别固定安装有阳极盖板和阴极盖板，阳极盖板和阳极室中间夹有阳极碳布，阴极室和阴极盖板中间夹有阴极碳布，阴极盖板中间有和阴极室相通的内腔，阳极室和阴极室顶部分别开设有与电池本体内腔相通的阳极室加液口和阴极室加液口，阳极盖板和阴极盖板底部分别固定安装有阳极电极接触片和阴极电极接触片；电池底座包括电池底板座、均匀固定安装在电池底板座一侧的若干接线座、均匀固定安装在电池底板座上的若干个电池夹板以及活动安装在电池底板座上且与电池夹板相对应的电池活动夹板，电池夹板下部开设有便于液体通过的通孔，电池夹板与对应的电池活动夹板之间铰接有若干导电弹簧，每个接线座上均固定安装有电池接线端子和电阻接线端子，电池夹板和电池活动夹板内侧分别固定安装有与阳极电极接触片相接触的阳极电极接触针和与阴极电极接触片相接触的阴极电极接触针。进一步，阳极室加液口和阴极室加液口均为带内螺纹的圆形孔，阳极室加液口和阴极室加液口上分别螺纹连接有阳极室加液通道和阴极室加液通道，阳极室加液通道和阴极室加液通道上分别可拆卸安装有阳极室加液帽和阴极室加液帽。进一步，阳极盖板和阳极室通过位于阳极盖板四角的阳极螺丝Ⅰ和阳极螺丝Ⅱ固定，阳极碳布中部固定安装有阳极电极螺母，阳极盖板中部穿设与阳极电极螺母配合使用的阳极螺丝Ⅲ，阴极盖板和阴极室通过位于阴极盖板四角的阴极螺丝Ⅰ和阴极螺丝Ⅱ固定。进一步，电池接线端子包括电池阳极接线端和电池阴极接线端，电阻接线端子包括电阻正极接线端和电阻负极接线端。进一步，电池夹板底部的电池底座板上固定安装有电池固定架，电池活动夹板沿着电池固定架滑动。进一步，阳极电极接触片和阴极电极接触片均为铜片镀金材质，阳极电极接触片内部与阳极螺丝Ⅲ相接触，阴极电极接触片内部与阴极碳布相接触。进一步，阳极室加液通道和阴极室加液通道均为内径3mm的pp材质鲁尔母接头，阳极室加液帽和阴极室加液帽均为鲁尔公堵头。进一步，电池接线端子和电阻接线端子为并联结构。进一步，电池阳极接线端与阳极电极接触针相接通，电池阴极接线端与导电弹簧相接通。一种新型微生物燃料电池发生装置的装配方法，包括以下步骤：A、将阳极盖板、阳极室、阴极室、阴极盖板依次放置，中间打孔后的阳极碳布插在阳极盖板和阳极室中间，穿在阳极盖板上的阳极螺丝Ⅲ将阳极碳布固定，阳极盖板四角的阳极螺丝Ⅰ和阳极螺丝Ⅱ将阳极盖板、阳极室以及质子膜固定在阴极室上，阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型微生物燃料电池发生装置，其特征在于，包括相互配合使用且内腔为圆柱状的电池本体和长方体状的电池底座；/n所述电池本体包括配合使用且中间夹有质子膜的阳极室和阴极室，阳极室和阴极室外侧分别固定安装有阳极盖板和阴极盖板，阳极盖板和阳极室中间夹有阳极碳布，阴极室和阴极盖板中间夹有阴极碳布，阴极盖板中间有和阴极室相通的内腔，阳极室和阴极室顶部分别开设有与电池本体内腔相通的阳极室加液口和阴极室加液口，阳极盖板和阴极盖板底部分别固定安装有阳极电极接触片和阴极电极接触片；/n所述电池底座包括电池底板座、均匀固定安装在电池底板座一侧的若干接线座、均匀固定安装在电池底板座上的若干个电池夹板以及活动安装在电池底板座上且与电池夹板相对应的电池活动夹板，电池夹板下部开设有便于液体通过的通孔，电池夹板与对应的电池活动夹板之间铰接有若干导电弹簧，每个接线座上均固定安装有电池接线端子和电阻接线端子，电池夹板和电池活动夹板内侧分别固定安装有与阳极电极接触片相接触的阳极电极接触针和与阴极电极接触片相接触的阴极电极接触针。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型微生物燃料电池发生装置，其特征在于，包括相互配合使用且内腔为圆柱状的电池本体和长方体状的电池底座；
所述电池本体包括配合使用且中间夹有质子膜的阳极室和阴极室，阳极室和阴极室外侧分别固定安装有阳极盖板和阴极盖板，阳极盖板和阳极室中间夹有阳极碳布，阴极室和阴极盖板中间夹有阴极碳布，阴极盖板中间有和阴极室相通的内腔，阳极室和阴极室顶部分别开设有与电池本体内腔相通的阳极室加液口和阴极室加液口，阳极盖板和阴极盖板底部分别固定安装有阳极电极接触片和阴极电极接触片；
所述电池底座包括电池底板座、均匀固定安装在电池底板座一侧的若干接线座、均匀固定安装在电池底板座上的若干个电池夹板以及活动安装在电池底板座上且与电池夹板相对应的电池活动夹板，电池夹板下部开设有便于液体通过的通孔，电池夹板与对应的电池活动夹板之间铰接有若干导电弹簧，每个接线座上均固定安装有电池接线端子和电阻接线端子，电池夹板和电池活动夹板内侧分别固定安装有与阳极电极接触片相接触的阳极电极接触针和与阴极电极接触片相接触的阴极电极接触针。


2.如权利要求1所述的新型微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述阳极室加液口和阴极室加液口均为带内螺纹的圆形孔，阳极室加液口和阴极室加液口上分别螺纹连接有阳极室加液通道和阴极室加液通道，阳极室加液通道和阴极室加液通道上分别可拆卸安装有阳极室加液帽和阴极室加液帽。


3.如权利要求2所述的新型微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述阳极盖板和阳极室通过位于阳极盖板四角的阳极螺丝Ⅰ和阳极螺丝Ⅱ固定，阳极碳布中部固定安装有阳极电极螺母，阳极盖板中部穿设与阳极电极螺母配合使用的阳极螺丝Ⅲ，阴极盖板和阴极室通过位于阴极盖板四角的阴极螺丝Ⅰ和阴极螺丝Ⅱ固定。


4.如权利要求1所述的新型微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述电池接线端子包括电池阳极接线端和电池阴极接线端，电阻接线端子包括电阻正极接线端和电阻负极接线端。


5.如权利要求4所述的新型微生物燃料电池发生装置，其特征在于，所述电池夹板底部的电池底座板上固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋诚，刘鸿，吕岳川，王兴祖，王厦，殷逢俊，黄秋云，易璇，胡贫，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆中科德馨环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50