一种用于野外自供电的电源制造技术

本发明专利技术公开一种用于野外自供电的电源，其特征在于，包括SMFC和SMFC电源管理系统，所述SMFC电源管理系统包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元；所述电能存储单元的输入端的与所述SMFC连接，用于存储SMFC的输出电能；所述升压与稳压单元的输入端与所述电能存储单元连接，用于完成电压的升压和稳压，使升压与稳压单元的输出端输出的电压、电流满足电子器件工作要求；所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相连接，用于控制升压与稳压单元工作。本发明专利技术有效收集和利用野外环境下沉积物微生物燃料电池(SMFC)输出的微弱电能，解决了制约SMFC进行实际应用的瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于野外自供电的电源
本专利技术属于新能源与环境工程领域，具体涉及一种用于野外自供电的电源。技术背景随着全球能源短缺和环境污染的不断加剧，能源与环境已经成为制约人类社会发展的两大因素，实现能源与环境的协调发展，才可实现人类社会可持续发展。微生物燃料电池(Microbial Fuel Ce 11,MFC)是利用微生物作为生物催化剂将燃料(有机物质)的化学能转化为电能的装置，是一类理想的新型清洁能源。传统的MFC由阳极室、阴极室和质子交换膜(Proton Exchange Membrane, PEM)3部分组成。但PEM会明显提高电池的内阻，另外 PEM价格较贵，增加了 MFC的成本，不利于实际运用。沉积物微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell, SMFC)是一种典型的无膜MFC。SMFC结构简单，构建成本非常低廉；运行过程中不需维护，不受光照等外界条件影响，在野外环境下可持久输出电能，特别是在野外自供电电源领域有广阔的应用前景。但 SMFC输出电能微弱，输出电压低，开路电压一般为600mV ；输出电流也过低。而且实际环境中SMFC的阴阳两极处在同一自然水体中，无法采用串联连接的方式来提高输出电压。简单加大SMFC尺寸并不能显著提高输出功率。而一般电子器件至少需要1.5V工作电压，更主要的是SMFC输出功率远小于一般电子器件功耗，不能用SMFC直接对电子器件供电，所以制约了 SMFC的实际应用，以至无法利用这种自然界中蕴含丰富的微弱能量。如何利用SMFC 输出的微弱电能成为SMFC走向实际应用的瓶颈问题。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可有效利用SMFC输出的微弱电能，将SMFC作为供电电源用于野外自供电的电源。技术方案本专利技术所述的用于野外自供电的电源，包括SMFC和SMFC电源管理系统，所述SMFC电源管理系统包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元；所述电能存储单元的输入端的与所述SMFC连接，用于存储SMFC的输出电能；所述升压与稳压单元的输入端与所述电能存储单元连接，用于完成电压的升压和稳压，使升压与稳压单元的输出端输出的电压、电流满足电子器件工作要求；所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相连接，用于控制升压与稳压单元工作。所述升压与稳压单元的具体工作过程为通过SMFC电源管理系统的电能存储单元收集SMFC输出的微弱电能，当收集到一定程度电能后，控制单元让升压与稳压单元开始工作，使输出电压和电流都能满足电子器件的工作要求。所述升压与稳压单元输出的电压可以调节；所述升压与稳压单元输出的电压可以调节为3V，3. 3V，3. 6V，5V等。所述SMFC包括阳极电极、阴极电极及连接阴、阳两电极的外接导线，所述阳极电极与阴极电极为导电材料；所述导电材料可以为碳纤维类材料、石墨类材料或不锈钢材质材料。所述阴极电极的表面载有钼，铁、锰氧化物或钴化合物作为催化剂，用于提高SMFC 产电性能。所述外接导线可以为钛导线或铜导线，所述外接导线与阳极电极、阴极电极的连接点进行绝缘密封处理。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是SMFC适用于江河、湖泊、海洋、沼泽、湿地、地下给排水管网等野外环境，可持久产电，不受光照等环境影响，本专利技术有效收集和利用野外环境下沉积物微生物燃料电池(SMFC)输出的微弱电能，在野外可将SMFC作为供电电源给电子器件供电，广泛利用自然界中蕴含丰富的微弱能量，解决了制约SMFC进行实际应用的瓶颈问题，提供了一种绿色环保、可再生、资源丰富的新型电源，同时其可应用场所极其广泛，在野外自供电电源领域有广阔应用前景，具有巨大的实际应用价值。附图说明图1是本专利技术中沉积物微生物燃料电池结构示意图；其中，11-阳极电极；12-阴极电极；13-连接阴、阳两极的外接导线。图2是本专利技术电源示意图；其中，1沉积物微生物燃料电池，2电能存储单元；3控制单元；4升压与稳压单元，5外负载。图3是本专利技术中构建的沉积物微生物燃料电池极化曲线和功率曲线。图4是本专利技术电源给白光LED(工作电压3V)供电时的输出电压。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例1 如图1、2所示，一种用于野外自供电的电源，包括沉积物微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cell, SMFC)和 SMFC 电源管理系统；所述SMFC包括阳极电极、阴极电极及连接阴、阳两电极的外接导线，所述阳极电极与阴极电极为导电材料。所述SMFC电源管理系统包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元，所述电能存储单元的输入端的与所述SMFC连接，用于存储SMFC的输出电能；所述升压与稳压单元的输入端与所述电能存储单元连接，用于完成电压的升压和稳压，使升压与稳压单元的输出端输出的电压、电流满足电子器件工作要求；所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相连接，用于控制升压与稳压单元工作。工作过程如下沉积物微生物燃料电池(SMFC)阳极微生物以沉积物中有机物质为底物进行代谢，代谢过程中产生电子和质子，电子经阳极、外接导线及外电路到达阴极， 形成通路产生微弱电流。而质子传递到阴极，阴极以氧气作为电子受体，质子与氧气反应生成水。通过SMFC电源管理系统的电能存储单元收集SMFC输出的微弱电能，当收集到一定程度电能后，控制单元让升压与稳压单元开始工作，使输出电压和电流都能满足电子器件的工作要求。实施例2 SMFC给白光LED供电本实例中的构建的SMFC阴阳两极材料均为碳毡，阳极面积为150cm2，阴极面积为 200cm2,外接导线采用绝缘铜丝线，无维护下持久运行15个月。极化实验中用电阻模拟外负载，并更换不同阻值电阻，分别测接不同电阻时SMFC 输出电压，然后计算SMFC在不同阻值条件下输出电流、输出功率。最后以不同阻值条件下的输出电流为横坐标，以对应的SMFC输出电压、SMFC输出功率为纵坐标可分别描出极化曲线和功率曲线。如图-3，本实例中的SMFC，在输出电流为0. 22mA，输出电压为423mV、达最大输出功率89uW，其输出电流、电压都远小于负载白光LED (约2 5mA，3V)，无法点亮白光LED。增加SMFC电源管理系统后，SMFC通过SMFC电源管理系统给白光LED供电，前期电能存储单元先收集SMFC输出的微弱电能，然后短时释放出较高的电能，同时完成升压与稳压，输出电压可维持在3V(如图4)，可周期性地点亮白光LED。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本专利技术，但其不得解释为对本专利技术自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本专利技术的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。权利要求1.一种用于野外自供电的电源，其特征在于，包括SMFC和SMFC电源管理系统，所述 SMFC电源管理系统包括电能存储单元、控制单元和升压与稳压单元；所述电能存储单元的输入端的与所述SMFC连接，用于存储SMFC的输出电能；所述升压与稳压单元的输入端与所述电能存储单元连接，用于完成电压的升压和稳压，使升压与稳压单元的输出端输出的电压、电流满足电子器件工作要求；所述控制单元与电能存储单元以及升压与稳压单元相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付德刚，蔡小敏，戎非，凡现朋，齐洁婷，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：