一种用于微生物燃料电池的空气阴极及微生物燃料电池制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于微生物燃料电池的空气阴极及微生物燃料电池，涉及微生物燃料电池技术领域。其中，这种阴极包括具有一顶部开口的管柱以及设置在管柱内部的吸水性水凝胶和导电性多孔陶瓷环；管柱包括上半部与下半部，下半部的管壁上开设有若干第一小孔；吸水性水凝胶充满管柱内部，导电性多孔陶瓷环位于上半部并被吸水性水凝胶所包围；导线缠绕在导电性多孔陶瓷环上且从导电性多孔陶瓷的中间通道穿过并延伸出管柱的开口。本实用新型专利技术提供的一种用于微生物燃料电池的空气阴极及微生物燃料电池结构简单，成本低廉，且制备方法简单，适合推广使用。

Air cathode and microbial fuel cell for microbial fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种用于微生物燃料电池的空气阴极及微生物燃料电池
本技术涉及微生物燃料电池
，具体而言，涉及一种用于微生物燃料电池的空气阴极及微生物燃料电池。
技术介绍
微生物燃料电池(MicrobialFuelCell,MFC)是一种能量的转换器，可将有机物直接转换成电能的一种装置，可应用于污水处理，实现废水处理与电能再生之双重功效。近年来，随着该领域研究的不断深入，逐渐以空气阴极微生物燃料电池为主，因大气中可供应源源不绝的氧气，具有高氧化还原特性，适合作为阴极最常见的电子受体。然而现有的空气阴极微生物燃料电池大多数是以Nafion材料作为质子膜，其缺点在于费用过高而限制广大的使用范围。另一类MFC系统则为自分层无膜微生物燃料电池(SSM-MFC)，其阴极仍是使用氧气作为电子受体，且该系统是将阴极放置在顶部，阳极被放在底层，故此类的微生物燃料电池减少了成本和复杂性，降低了功率密度的损失。然而，目前微生物燃料电池输出的功率密度低、原料成本高等问题而限制了广泛的应用性。尽管目前可选的电极材料众多，如石墨、碳毡、碳纸等，但普遍存在性能较差、制备方法复杂、成本高等问题而限制了规模化的应用。
技术实现思路
本技术提供了一种用于微生物燃料电池的空气阴极及微生物燃料电池，旨在提供一种成本低廉、制备简单且具有高性能的电极材料，利于微生物燃料电池进一步推广使用需要。为解决上述技术问题，本技术提供了一种用于微生物燃料电池的空气阴极，包括具有一顶部开口的管柱以及设置在所述管柱内部的吸水性水凝胶和导电性多孔陶瓷环；所述管柱包括上半部与下半部，所述下半部的管壁上开设有若干第一小孔；所述吸水性水凝胶充满所述管柱内部，所述导电性多孔陶瓷环位于所述上半部并被所述吸水性水凝胶所包围；导线缠绕在所述导电性多孔陶瓷环上且从所述导电性多孔陶瓷环的中间通道穿过并延伸出所述管柱的开口。作为进一步优化，所述阴极还包括开设有若干第二小孔的第一顶盖，用于盖合在所述管柱的顶部开口，所述导线能够穿过所述第二小孔；所述管柱为圆柱形。作为进一步优化，所述第一小孔的直径为0.5-8mm；所述第二小孔的直径为0.1-3mm。作为进一步优化，所述吸水性水凝胶为琼脂、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸钠和聚乙烯醇中的一种或多种。作为进一步优化，所述吸水性水凝胶为浓度5％～15％的聚乙烯醇。本技术还提供了一种微生物燃料电池，包括阳极、导线、容器、电阻元件以及上述的空气阴极；其中，所述容器顶部具有一开口、用于盖合在所述开口的第二顶盖以及一腔室，所述腔室用于盛放微生物以及有机污水；所述阳极设置在所述腔室内并浸没于所述有机污水中；所述第二顶盖开设有一与所述空气阴极形状相适配的通孔，所述空气阴极竖直设置，所述下半部浸没在所述有机污水中，所述上半部卡合在所述通孔，用以对所述空气阴极进行固定；所述电阻元件设置于所述腔室外并通过所述导线与所述阳极、阴极电性连接。作为进一步优化，所述阳极为碳纤维布。作为进一步优化，所述电阻元件为固定电阻、可变电阻或者低功率的小型电器。通过采用上述技术方案，本技术可以取得以下技术效果：本技术提供一种用于微生物燃料电池的空气阴极及微生物燃料电池，采用中空的管柱作为空气阴极的支撑架，并于管柱的下半部设置第一小孔，再加入吸水性水凝胶作为隔离层，同时在吸水性水凝胶上层中，将导电性多孔碳化陶瓷环作为阴极使用，达到简化空气阴极微生物燃料电池结构，让微生物燃料电池可达到成本低廉，且制备方法简单，适合推广使用。附图说明为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本技术第一实施例提供的用于微生物燃料电池的空气阴极的结构示意图；图2是本技术第二实施例提供的微生物燃料电池的结构示意图。图中标记：1-阴极；11-管柱；111-上半部；112-下半部；113-第一小孔；12-水凝胶；13-导电性多孔陶瓷环；14-第一顶盖；141-第二小孔；2-阳极；21-垫片；3-导线；4-电阻元件；5-容器；51-第二顶盖；52-水位；53-腔室。具体实施方式为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述：...

【技术保护点】
1.一种用于微生物燃料电池的空气阴极，其特征在于，包括具有一顶部开口的管柱以及设置在所述管柱内部的吸水性水凝胶和导电性多孔陶瓷环；所述管柱包括上半部与下半部，所述下半部的管壁上开设有若干第一小孔；所述吸水性水凝胶充满所述管柱内部，所述导电性多孔陶瓷环位于所述上半部并被所述吸水性水凝胶所包围；导线缠绕在所述导电性多孔陶瓷环上且从所述导电性多孔陶瓷环的中间通道穿过并延伸出所述管柱的开口。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微生物燃料电池的空气阴极，其特征在于，包括具有一顶部开口的管柱以及设置在所述管柱内部的吸水性水凝胶和导电性多孔陶瓷环；所述管柱包括上半部与下半部，所述下半部的管壁上开设有若干第一小孔；所述吸水性水凝胶充满所述管柱内部，所述导电性多孔陶瓷环位于所述上半部并被所述吸水性水凝胶所包围；导线缠绕在所述导电性多孔陶瓷环上且从所述导电性多孔陶瓷环的中间通道穿过并延伸出所述管柱的开口。


2.根据权利要求1所述的用于微生物燃料电池的空气阴极，其特征在于，所述阴极还包括开设有若干第二小孔的第一顶盖，用于盖合在所述管柱的顶部开口，所述导线能够穿过所述第二小孔；所述管柱为圆柱形。


3.根据权利要求2所述的用于微生物燃料电池的空气阴极，其特征在于，所述第一小孔的直径为0.5-8mm；所述第二小孔的直径为0.1-3mm。


4.根据权利要求1所述的用于微生物燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志鸿，许哲源，董国文，金炜，杨健宇，周英豪，张锡远，王顺河，刘宁刚，李洪朵，
申请(专利权)人：三明学院，
类型：新型
国别省市：福建;35