一種雙向控溫微生物燃料電池制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種雙向控溫微生物燃料電池，包括電池本體和離子交換膜，所述離子交換膜設(shè)置于所述電池本體中部并將所述電池本體分為陽極室和陰極室，所述陽極室內(nèi)設(shè)置有陽極體，所述陰極室內(nèi)設(shè)置有陰極體并且所述陰極室上端設(shè)置開口；所述陽極體接種厭氧微生物，陰極體接種好氧微生物或不接種微生物，所述陽極體和所述陰極體通過外電阻連接形成閉合回路，所述陽極體和所述陰極體均連接有調(diào)溫系統(tǒng)；所述陽極體和所述陰極體均由導(dǎo)熱絕緣體和電極活性體組成。本發(fā)明專利技術(shù)通過設(shè)置調(diào)溫系統(tǒng)，既可對電極體升溫也可降溫，用于研究微生物燃料電池的產(chǎn)電性能，對人們揭示微生物低溫下的電化學(xué)行為及其規(guī)律、解開低溫動物生存之謎具有重要的科學(xué)意義。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種電池，尤其涉及一種雙向控溫微生物燃料電池，屬于綠色生物能源

技術(shù)介紹
微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)由陽極室和陰極室組成，兩極室之間通過離子交換膜相隔。陽極微生物在厭氧環(huán)境下降解有機物產(chǎn)生電子、質(zhì)子和二氧化碳；電子傳輸?shù)疥枠O通過外電路負載到達生物陰極，質(zhì)子通過離子交換膜由陽極室到達陰極室；陰極室電子受體氧氣在陰極得到電子和質(zhì)子而被還原成水，從而產(chǎn)生電流。微生物燃料電池是一種綠色新能源技術(shù)，在近幾年得到廣泛深入地研究，為解決能源短缺和污水處理提供了一條新途徑。到目前為止，實驗室里的微生物燃料電池的實際性能比理想性能還是低很多。微生物燃料電池的產(chǎn)電性能產(chǎn)生受到很多因素的影響。微生物燃料電池的產(chǎn)電包括幾個主要過程：微生物的代謝、電子從細胞傳遞到陽極、質(zhì)子從陽極轉(zhuǎn)移到陰極以及陰極上電子受體的還原反應(yīng)。電池中微生物的低轉(zhuǎn)化效率，即使是在最快的生長速率下，微生物的轉(zhuǎn)化效率以及與電極之間的電子傳遞依然很慢。而高溫能夠加速幾乎所有的反應(yīng)動力學(xué)，包括生物的和化學(xué)的。在微生物燃料電池中通常都是利用氧氣作為陰極中還原反應(yīng)的電子受體，氧氣還原的動力學(xué)因素也是微生物燃料電池性能的一個限制因子。升溫能夠提高物質(zhì)傳輸速率、加速陰極的電極反應(yīng)，從而提高電池的性能。水是構(gòu)建地球生命的載體。通常情況下，當(dāng)外界環(huán)境溫度降到0℃以下后，冰晶的形成會使得細胞外電解質(zhì)濃度升高導(dǎo)致細胞脫水死亡[1]。但奇怪的是，某些哺乳動物在極端超冷的條件下依然能夠存活。例如，一種極地魚能夠在-1.9℃的環(huán)境中存活[2]，冬眠的北極地松鼠的體內(nèi)溫度在-2.9℃時也不會被凍僵[3]，一些哺乳動物剝離的外周神經(jīng)在冷至-6℃的溫度下依然能夠恢復(fù)活性[4]。這些極端環(huán)境下的生物活動現(xiàn)象，引起了人們極大的興趣。本專利技術(shù)設(shè)計了一種雙向控溫微生物燃料電池。利用本專利技術(shù)，不僅可以監(jiān)測微生物燃料電池陽極和陰極表面溫度，而且可以通過溫控電路快速準確調(diào)控陽極和陰極表面溫度。在升溫方面，本專利技術(shù)能夠提高微生物的生物活性，加速陰極上電子受體的還原反應(yīng)，從而提高微生物燃料電池的性能，減少分解有機污染物所需時間。在降溫方面，通過對寒冷地帶的淤泥，海水，南極和北極冰中嗜冷微生物的富集純化以及后續(xù)分離和表征，發(fā)現(xiàn)新菌種有重要的意義。通過研究微生物在零下幾度乃至十幾度的極端低溫下的存活情況以及微生物燃料電池的產(chǎn)電性能，對人們揭示微生物低溫下的電化學(xué)行為及其規(guī)律、解開低溫動物生存之謎具有重要的科學(xué)意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提出一種雙向控溫微生物燃料電池，通過研究微生物在零下幾度乃至十幾度的極端低溫下的存活情況以及微生物燃料電池的產(chǎn)電性能，對人們揭示微生物低溫下的電化學(xué)行為及其規(guī)律、解開低溫動物生存之謎具有重要的科學(xué)意義。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案：一種雙向控溫微生物燃料電池，包括電池本體和離子交換膜，所述離子交換膜設(shè)置于所述電池本體中部并將所述電池本體分為陽極室和陰極室，所述陽極室內(nèi)設(shè)置有陽極體，所述陰極室內(nèi)設(shè)置有陰極體并且所述陰極室上端設(shè)置開口，所述陽極體接種厭氧微生物，陰極體接種好氧微生物或不接種微生物，所述陽極體和所述陰極體通過外電阻連接形成閉合回路，所述陽極體和所述陰極體均連接有調(diào)溫系統(tǒng)；所述陽極體和所述陰極體均由導(dǎo)熱絕緣體和電極活性體組成。進一步地，所述調(diào)溫系統(tǒng)包括直流電源、溫度控制器、冷卻系統(tǒng)、半導(dǎo)體制冷片和溫度傳感器；所述直流電源與所述溫度控制器的電源端連接，所述溫度控制器的溫度信號接收端與所述溫度傳感器的溫度信號輸出端連接，所述溫度傳感器設(shè)置在所述陽極體和所述陰極體的電極活性體上，所述半導(dǎo)體制冷片的一端與所述陽極體和所述陰極體的導(dǎo)熱絕緣體連接，所述半導(dǎo)體制冷片的另一端與所述冷卻系統(tǒng)連接。進一步地，所述半導(dǎo)體制冷片的另一端通過導(dǎo)熱硅脂與所述冷卻系統(tǒng)連接，并通過環(huán)氧樹脂固定成一個整體。進一步地，所述的冷卻系統(tǒng)可以是風(fēng)冷裝置、液冷裝置、相變材料冷卻裝置、導(dǎo)熱管冷卻裝置中的一種或多種的結(jié)合。進一步地，所述的導(dǎo)熱絕緣體可以是導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱云母片、導(dǎo)熱陶瓷片、導(dǎo)熱矽膠片中的一種或多種。進一步地，所述電極活性體可以是碳漿、碳布、石墨片、碳糊、碳納米管、石墨烯、不銹鋼、鈦片材料。進一步地，所述閉合回路包括導(dǎo)線、外電阻和電壓表。進一步地，所述溫度傳感器可以是熱敏電阻或熱電偶。進一步地，所述溫度傳感器引線的數(shù)量至少為兩根。進一步地，所述溫度控制器的數(shù)量為一個或兩個。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：利用本專利技術(shù)，不僅可以監(jiān)測微生物燃料電池陽極體和陰極體表面的溫度，而且可以通過調(diào)溫系統(tǒng)快速調(diào)控陽極和陰極表面溫度。本專利技術(shù)的調(diào)溫系統(tǒng)通過選用半導(dǎo)體制冷片，其既能制冷，又能加熱，在升溫方面，本專利技術(shù)能夠提高微生物的生物活性，加速陰極體上電子受體的還原反應(yīng)，從而提高微生物燃料電池的性能，減少分解有機污染物所需時間。在降溫方面，通過對寒冷地帶的淤泥，海水，南極和北極冰中嗜冷微生物的富集純化以及后續(xù)分離和表征，發(fā)現(xiàn)新菌種有重要的意義。通過研究微生物在零下幾度乃至十幾度的極端低溫下的存活情況以及微生物燃料電池的產(chǎn)電性能，對人們揭示微生物低溫下的電化學(xué)行為及其規(guī)律、解開低溫動物生存之謎具有重要的科學(xué)意義。附圖說明圖1為本專利技術(shù)一種雙向控溫微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)實施例一一種雙向控溫微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例進一步說明本專利技術(shù)的技術(shù)方案。如圖1所示，一種雙向控溫微生物燃料電池，包括電池本體1和離子交換膜2，所述離子交換膜2設(shè)置于所述電池本體1中部并將所述電池本體1分為陽極室3和陰極室4，所述陽極室3內(nèi)設(shè)置有陽極體，所述陰極室4內(nèi)設(shè)置有陰極體并且所述陰極室4上端設(shè)置開口14，用于供大氣氣體進入；所述陽極體接種厭氧微生物5，陰極體接種好氧微生物或不接種微生物，所述陽極體和所述陰極體通過外電阻6連接形成閉合回路7，所述陽極體和所述陰極體均連接有調(diào)溫系統(tǒng)，所述陽極體和所述陰極體均由導(dǎo)熱絕緣體12和電極活性體13組成。所述調(diào)溫系統(tǒng)包括直流電源8、溫度控制器9、冷卻系統(tǒng)16、半導(dǎo)體制冷片11和溫度傳感器10；所述直流電源8與所述溫度控制器9的電源端連接，所述溫度控制器9的溫度信號接收端與所述溫度傳感器10的溫度信號輸出端連接，所述溫度傳感器10設(shè)置在所述陽極體和所述陰極體的電極活性體13上，所述半導(dǎo)體制冷片11的一端與所述陽極體和所述陰極體的導(dǎo)熱絕緣體12連接，所述半導(dǎo)體制冷片11的另一端與所述冷卻系統(tǒng)16連接。所述半導(dǎo)體制冷片11的另一端通過導(dǎo)熱硅脂與所述冷卻系統(tǒng)16連接，并通過環(huán)氧樹脂固定成一個整體，所述的冷卻系統(tǒng)16可以是風(fēng)冷裝置、液冷裝置、相變材料冷卻裝置、導(dǎo)熱管冷卻裝置中的一種或多種的結(jié)合，所述的導(dǎo)熱絕緣體12可以是導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱云母片、導(dǎo)熱陶瓷片、導(dǎo)熱矽膠片中的一種或多種，所述電極活性體13可以是碳漿、碳布、石墨片、碳糊、碳納米管、石墨烯、不銹鋼、鈦片材料，所述閉合回路包括導(dǎo)線7、外電阻6和電壓表15，所述溫度傳感器10可以是熱敏電阻或熱電偶，所述溫度傳感器10引線的數(shù)量至少為兩根，所述溫度控制器9的數(shù)量為一個或兩個。在本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案，在調(diào)溫系統(tǒng)中，直流電源8負責(zé)提供直流電，溫度傳感器1本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種雙向控溫微生物燃料電池，其特征在于：包括電池本體和離子交換膜，所述離子交換膜設(shè)置于所述電池本體中部并將所述電池本體分為陽極室和陰極室，所述陽極室內(nèi)設(shè)置有陽極體，所述陰極室內(nèi)設(shè)置有陰極體并且所述陰極室上端設(shè)置開口，所述陽極體接種厭氧微生物，陰極體接種好氧微生物或不接種微生物，所述陽極體和所述陰極體通過外電阻連接形成閉合回路，所述陽極體和所述陰極體均連接有調(diào)溫系統(tǒng)；所述陽極體和所述陰極體均由導(dǎo)熱絕緣體和電極活性體組成。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙向控溫微生物燃料電池，其特征在于：包括電池本體和離子交換膜，所述離子交換膜設(shè)置于所述電池本體中部并將所述電池本體分為陽極室和陰極室，所述陽極室內(nèi)設(shè)置有陽極體，所述陰極室內(nèi)設(shè)置有陰極體并且所述陰極室上端設(shè)置開口，所述陽極體接種厭氧微生物，陰極體接種好氧微生物或不接種微生物，所述陽極體和所述陰極體通過外電阻連接形成閉合回路，所述陽極體和所述陰極體均連接有調(diào)溫系統(tǒng)；所述陽極體和所述陰極體均由導(dǎo)熱絕緣體和電極活性體組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向控溫微生物燃料電池，其特征在于：所述調(diào)溫系統(tǒng)包括直流電源、溫度控制器、冷卻系統(tǒng)、半導(dǎo)體制冷片和溫度傳感器；所述直流電源與所述溫度控制器的電源端連接，所述溫度控制器的溫度信號接收端與所述溫度傳感器的溫度信號輸出端連接，所述溫度傳感器設(shè)置在所述陽極體和所述陰極體的電極活性體上，所述半導(dǎo)體制冷片的一端與所述陽極體和所述陰極體的導(dǎo)熱絕緣體連接，所述半導(dǎo)體制冷片的另一端與所述冷卻系統(tǒng)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙向控溫微生物燃料電池，其特征在于：所述半導(dǎo)體制冷片的另一...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：施志聰，黃宗雄，劉軍，柯曦，王誠文，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44