一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，它涉及一種電池系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有微生物燃料電池的輸出功率密度低、產(chǎn)生電壓低、電能難以回收利用，陰極成本高和不能持續(xù)降解污水中具有生物毒性的有機(jī)物的問題。一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)包括箱體、微生物陽極室、離子交換膜、光催化陽極、電阻、石英玻璃窗口、光源、光陽極室進(jìn)水口、光陽極室出水口、微生物陽極、陰極、開孔、微生物陽極室進(jìn)水口、微生物燃料電池出水口、光陽極室、進(jìn)水管、導(dǎo)管和出水管；本發(fā)明同時(shí)利用了光能和生物能，提高了29％～65％的系統(tǒng)的產(chǎn)能效能。本發(fā)明可獲得一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)。
【專利說明】一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]微生物燃料電池是一種以微生物為催化劑，利用工業(yè)廢水和生活污水作為燃料，通過微生物的代謝把儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，為同步解決環(huán)境污染和能源揮發(fā)問題提供了新思路。
[0003]微生物燃料電池作為一種新興的能源與環(huán)保工藝，距離實(shí)際的工業(yè)化應(yīng)用還有很大距離。其一，微生物燃料電池的輸出功率密度低、產(chǎn)生電壓低、電能難以回收利用。一般認(rèn)為，陰極反應(yīng)的速率是微生物燃料電池性能的限制因素。研究者們從陰極材料和陰極催化劑的角度做了大量的工作，以期提高微生物燃料電池中陰極的性能，進(jìn)而提高微生物燃料電池的功率輸出，然而這些工作不可避免的使陰極的制備復(fù)雜化，降低實(shí)際應(yīng)用中的可操作性，同時(shí)提高了陰極的成本。
[0004]其二，微生物燃料電池降解的污染物質(zhì)主要是無生物毒性的有機(jī)物，對(duì)持久性有機(jī)物的降解效果差。這大大的限制了微生物燃料電池在污染物降解方面的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有微生物燃料電池的輸出功率密度低、產(chǎn)生電壓低、電能難以回收利用，陰極成本高和不能持續(xù)降解污水中具有生物毒性的有機(jī)物的問題，而提供一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)。
[0006]—種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)包括箱體、微生物陽極室、離子交換膜、光催化陽極、第一電阻、石英玻璃窗口、光源、光陽極室進(jìn)水口、光陽極室出水口、微生物陽極、第二電阻、陰極、開孔、微生物陽極室進(jìn)水口、微生物燃料電池出水口、光陽極室、進(jìn)水管、導(dǎo)管和出水管；
[0007]所述的箱體的一側(cè)側(cè)面上鑲嵌有石英玻璃窗口，箱體的另一側(cè)側(cè)面上設(shè)有開孔，箱體的上表面開設(shè)有光陽極室進(jìn)水口、光陽極室出水口、微生物陽極室進(jìn)水口和微生物燃料電池出水口 ；進(jìn)水管與光陽極室進(jìn)水口相連通，光陽極室出水口通過導(dǎo)管與微生物陽極室進(jìn)水口相連通，出水管與微生物燃料電池出水口相連通；
[0008]所述的光源設(shè)置在石英玻璃窗口的一側(cè)；離子交換膜設(shè)置在箱體中，將箱體分隔成光陽極室和微生物陽極室；
[0009]所述的光催化陽極設(shè)置在光陽極室內(nèi)，微生物陽極和陰極設(shè)置在微生物陽極室內(nèi)；第一電阻的一端與光催化陽極相連接，第一電阻的另一端分別與第二電阻及陰極相連接；第二電阻的一端與微生物陽極相連接，第二電阻的另一端分別與第一電阻和陰極相連接。
[0010]本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn):
[0011]本發(fā)明的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)將光電催化技術(shù)與微生物燃料電池技術(shù)耦合在一起，利用光催化無選擇性降解污染物的特性，先將具有生物毒性的物質(zhì)降解為毒性低的小分子，再進(jìn)行生物降解。同時(shí)，根據(jù)光催化燃料電池和微生物燃料電池差異較大的功率輸出特性，微生物燃料電池的陰極電位得到了大幅度提高，從而使微生物燃料電池的功率密度提高了 29%?65%。
[0012]本發(fā)明可獲得一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為電流密度隨功率密度和電壓的變化曲線；圖2中I為單獨(dú)使用光催化燃料電池回路處理污水的功率輸出特性,2為單獨(dú)使用微生物燃料電池回路處理污水的功率輸出特性；
[0015]圖3為功率密度隨電位的變化曲線；圖3中I為單獨(dú)使用光催化燃料電池回路處理污水的陰極/陽極電位的變化曲線，2為單獨(dú)使用微生物燃料電池回路處理污水的陰極/陽極電位的變化曲線；
[0016]圖4為使用試驗(yàn)一的裝置的微生物燃料電池的極化曲線；圖1中I為單獨(dú)使用微生物燃料電池回路的功率輸出特性，2為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為I Ω時(shí)，微生物燃料電池的輸出特性，3為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為100Ω時(shí)，微生物燃料電池的功率輸出特性，4為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為1000 Ω時(shí)，微生物燃料電池的功率輸出特性；
[0017]圖5為使用試驗(yàn)一的裝置的電極電位曲線；圖5中I為單獨(dú)微生物燃料電池回路的電極電位曲線，2為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為1Ω時(shí)，微生物燃料電池的電極電位曲線，3為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為100Ω時(shí)，微生物燃料電池的電極電位曲線，4為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為1000 Ω時(shí)，微生物燃料電池的電極電位曲線；
[0018]圖6為水中COD含量的柱狀圖；圖6中A為原污水中的COD含量，B為第二電阻為1000 Ω時(shí)單獨(dú)使用微生物燃料電池回路處理污水后出水中的COD含量，C為第一電阻為1000 Ω，第二電阻均為1000 Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置處理污水后出水中的COD含量，D為第一電阻為1Ω，第二電阻為1000Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置處理污水后出水中的COD含量。

【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式是一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)包括箱體1、微生物陽極室3、離子交換膜5、光催化陽極6、第一電阻7、石英玻璃窗口 9、光源10、光陽極室進(jìn)水口 11、光陽極室出水口 12、微生物陽極13、第二電阻14、陰極15、開孔17、微生物陽極室進(jìn)水口 18、微生物燃料電池出水口 19、光陽極室20、進(jìn)水管21、導(dǎo)管22和出水管23 ；
[0020]所述的箱體I的一側(cè)側(cè)面上鑲嵌有石英玻璃窗口 9,箱體I的另一側(cè)側(cè)面上設(shè)有開孔17，箱體I的上表面開設(shè)有光陽極室進(jìn)水口 11、光陽極室出水口 12、微生物陽極室進(jìn)水口18和微生物燃料電池出水口 19 ;進(jìn)水管21與光陽極室進(jìn)水口 11相連通，光陽極室出水口12通過導(dǎo)管22與微生物陽極室進(jìn)水口 18相連通，出水管23與微生物燃料電池出水口 19相連通；
[0021]所述的光源10設(shè)置在石英玻璃窗口 9的一側(cè)；離子交換膜5設(shè)置在箱體I中，將箱體I分隔成光陽極室20和微生物陽極室3 ；
[0022]所述的光催化陽極6設(shè)置在光陽極室20內(nèi)，微生物陽極13和陰極15設(shè)置在微生物陽極室3內(nèi)；第一電阻7的一端與光催化陽極6相連接,第一電阻7的另一端分別與第二電阻14及陰極15相連接；第二電阻14的一端與微生物陽極13相連接，第二電阻14的另一端分別與第一電阻7和陰極15相連接。
[0023]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1中I為箱體，3為微生物陽極室，5為離子交換膜，6為光催化陽極，7為第一電阻，9為石英玻璃窗口，10為光源，11為光陽極室進(jìn)水口，12為光陽極室出水口，13為微生物陽極，14為第二電阻，15為陰極，17為開孔，18為微生物陽極室進(jìn)水口，19為微生物燃料電池出水口，20為光陽極室,21為進(jìn)水管,22為導(dǎo)管,23為出水管。
[0024]本實(shí)施方式的原理和優(yōu)點(diǎn):
[0025]本實(shí)施方式的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)將光電催化技術(shù)與微生物燃料電池技術(shù)耦合在一起，利用光催化無選擇性降解污染物的特性，先將具有生物毒性的物質(zhì)降解為毒性低的小分子，再進(jìn)行生物降解。同時(shí)，根據(jù)光催化燃料電池和微生物燃料電池差異較大的功率輸出特性，微生物燃料電池的陰極電位得到了大幅度提高，從而使微生物燃料電池的功率密度提高了 29%?65%。
[0026]本實(shí)施方式可獲得一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)。
[0027]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同點(diǎn)是:光催化陽極6為半導(dǎo)體材料附著在導(dǎo)電基底上；所述的半導(dǎo)體材料為二氧化鈦、2110、103或此52。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同點(diǎn)是:微生物陽極13為微生物陽極13為微生物陽極13為附著在載體上的具有電化學(xué)活性生物膜；所述的載體為碳紙、碳布、碳纖維刷、碳?xì)?、玻璃碳、碳納米管、石墨或石墨烯。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同點(diǎn)是:陰極15為碳紙、碳布、碳纖維刷、碳?xì)?、玻璃碳、碳納米管、石墨、石墨烯、不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼板、鈦板或鈦網(wǎng)。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同點(diǎn)是:陰極15表面負(fù)載有陰極催化劑；所述的陰極催化劑為貴金屬催化劑、非貴金屬催化劑或生物陰極催化劑；所述的金屬催化劑為鉬、鈀、釕和金中的一種或其中幾種的合金；所述的非貴金屬催化劑為活性炭、碳粉或乙炔黑。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同點(diǎn)是:光源10為太陽光、氙燈或汞燈。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同點(diǎn)是:光催化燃料電池外電路裝置7的電阻為I Ω?1000 Ω。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至六相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同點(diǎn)是:微生物燃料電池外電路裝置14的電阻為I Ω?1000 Ω。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至七相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同點(diǎn)是:光催化陽極6的面積為箱體I的側(cè)面面積的50%?80% ;箱體I的側(cè)面上石英玻璃窗口 9面積為光催化陽極6面積的1.1倍。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至八相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至九之一不同點(diǎn)是:箱體I的側(cè)面面積與開孔17的面積比為(1.5?2.0):1。其他步驟與【具體實(shí)施方式】一至九相同。
[0036]采用以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0037]試驗(yàn)一:一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)包括箱體1、微生物陽極室
3、離子交換膜5、光催化陽極6、第一電阻7、石英玻璃窗口 9、光源10、光陽極室進(jìn)水口 11、光陽極室出水口 12、微生物陽極13、第二電阻14、陰極15、開孔17、微生物陽極室進(jìn)水口18、微生物燃料電池出水口 19、光陽極室20、進(jìn)水管21、導(dǎo)管22和出水管23 ；
[0038]所述的箱體I的一側(cè)側(cè)面上鑲嵌有石英玻璃窗口 9，箱體I的另一側(cè)側(cè)面上設(shè)有開孔17，箱體I的上表面開設(shè)有光陽極室進(jìn)水口 11、光陽極室出水口 12、微生物陽極室進(jìn)水口18和微生物燃料電池出水口 19 ;進(jìn)水管21與光陽極室進(jìn)水口 11相連通，光陽極室出水口12通過導(dǎo)管22與微生物陽極室進(jìn)水口 18相連通，出水管23與微生物燃料電池出水口 19相連通；
[0039]所述的光源10設(shè)置在石英玻璃窗口 9的一側(cè)；離子交換膜5設(shè)置在箱體I中，將箱體I分隔成光陽極室20和微生物陽極室3 ；
[0040]所述的光催化陽極6設(shè)置在光陽極室20內(nèi)，微生物陽極13和陰極15設(shè)置在微生物陽極室3內(nèi)；第一電阻7的一端與光催化陽極6相連接,第一電阻7的另一端分別與第二電阻14及陰極15相連接；第二電阻14的一端與微生物陽極13相連接，第二電阻14的另一端分別與第一電阻7和陰極15相連接。
[0041]試驗(yàn)一中光催化陽極6為半導(dǎo)體材料附著在導(dǎo)電基底上；所述的半導(dǎo)體材料為二氧化鈦，導(dǎo)電基底為鈦板；
[0042]試驗(yàn)一中微生物陽極13為附著在碳纖維刷上的具有電化學(xué)活性生物膜；
[0043]試驗(yàn)一中陰極15為碳布空氣陰極；
[0044]試驗(yàn)一中陰極15表面負(fù)載有陰極催化劑；所述的陰極催化劑為鉬；
[0045]試驗(yàn)一中光源10為300W氙燈；
[0046]試驗(yàn)一種光陽極6面積為箱體I的側(cè)面面積的50% ；
[0047]試驗(yàn)一中箱體I的側(cè)面上石英玻璃窗口 9的面積為光催化陽極6的面積的1.1倍;
[0048]試驗(yàn)一中箱體I的側(cè)面與開孔17的面積比為1.8:1。
[0049]試驗(yàn)種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)中包括光催化燃料電池回路(PEC)和微生物燃料電池回路(MFC)兩個(gè)部分；
[0050]單獨(dú)光催化燃料電池回路的產(chǎn)電特性，是在微生物燃料電池回路斷開的條件下測(cè)定的。污水從光陽極室進(jìn)水口 11進(jìn)入，之后經(jīng)光陽極室出水口 12進(jìn)入微生物陽極室，最終出水經(jīng)微生物燃料電池出水口 19流出，污水在光陽極室20和微生物陽極室3的停留時(shí)間分別為Ih和12h。第一電阻為1000 Ω時(shí)試驗(yàn)中測(cè)定了單獨(dú)光燃料電池的功率輸出、陰極和光陽極電位、最終出水C0D，如圖2和圖3所示；
[0051]單獨(dú)微生物燃料電池回路的產(chǎn)電特性，是在光催化燃料電池回路斷開的條件下測(cè)定的。污水從光陽極室進(jìn)水口 11進(jìn)入，之后經(jīng)光陽極室出水口 12進(jìn)入微生物陽極室，最終出水經(jīng)微生物燃料電池出水口 19流出，污水在光陽極室20和微生物陽極室3的停留時(shí)間分別為Ih和12h。第二電阻14的值為1000 Ω時(shí)試驗(yàn)中測(cè)定了單獨(dú)微生物燃料電池的功率輸出、陰極和微生物陽極電位，如圖2和圖3所示；最終出水COD，如圖6所示。
[0052]單獨(dú)使用光催化燃料電池回路(PEC)處理污水和單獨(dú)使用微生物燃料電池回路(MFC)處理污水的功率輸出特性如圖2所示；圖2為電流密度隨功率密度和電壓的變化曲線；圖2中I為單獨(dú)使用光催化燃料電池回路處理污水的功率輸出特性，2為單獨(dú)使用微生物燃料電池回路處理污水的功率輸出特性；從圖2可以看出，單獨(dú)使用光催化燃料電池回路(PEC)處理污水的最大功率密度和電流密度分別為291.6mff/m2和1.96A/m2，單獨(dú)使用微生物燃料電池回路(MFC)處理污水的最大功率密度和電流密度分別為1075.3mff/m2and6.26A/m2，由此可知，微生物燃料電池回路(MFC)的產(chǎn)能遠(yuǎn)大于光催化燃料電池回路(PEC)，這是因?yàn)閷?duì)MFC回路和PEC回路產(chǎn)能的限制因素亦有差別，PEC回路的產(chǎn)能主要受光陽極產(chǎn)電子能力的制約，而MFC回路主要受陰極電子消耗速率的制約，如圖3所示，圖3為功率密度隨電位的變化曲線；圖3中I為單獨(dú)使用光催化燃料電池回路處理污水的陰極/陽極電位的變化曲線，2為單獨(dú)使用微生物燃料電池回路處理污水的陰極/陽極電位的變化曲線；從圖3可知，PEC回路的陰極電位在較大電流密度范圍內(nèi)高于MFC回路，因此PEC回路的連接可以有效的提聞MFC回路的陰極電位，進(jìn)而提聞MFC回路的廣能。
[0053]光催化-微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)電特性和污水降解性能是使用試驗(yàn)一的光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，在光催化燃料電池回路和微生物燃料電池回路同時(shí)連通的情況下測(cè)定的。
[0054]污水從光陽極室進(jìn)水口 11進(jìn)入，之后經(jīng)光陽極室出水口 12進(jìn)入微生物陽極室，最終出水經(jīng)微生物燃料電池出水口 19流出，污水在光陽極室20和微生物陽極室3的停留時(shí)間分別為Ih和12h。
[0055]依次將第一電阻7的電阻設(shè)定為1Ω、100Ω和1000 Ω，將第二電阻14設(shè)定為1000 Ω時(shí)測(cè)試復(fù)合陽極系統(tǒng)中微生物燃料電池回路的功率密度、陰極和光陽極電位；如圖4和圖5所示；
[0056]將第二電阻14設(shè)定為1000 Ω，依次將第一電阻7的外阻設(shè)定為I Ω和1000 Ω，測(cè)試經(jīng)過試驗(yàn)一的光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)處理后的出水C0D，如圖6所示。
[0057]微生物燃料電池回路(MFC)的產(chǎn)能在與光催化燃料電池回路(PEC)連接的情況下，即為使用試驗(yàn)一的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)后，產(chǎn)能大幅提高，如圖4和圖5所示，圖4為使用試驗(yàn)一的裝置的微生物燃料電池的極化曲線；圖1中I為單獨(dú)使用微生物燃料電池回路的功率輸出特性，2為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為I Ω時(shí)，微生物燃料電池的輸出特性，3為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為100Ω時(shí)，微生物燃料電池的功率輸出特性，4為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為1000 Ω時(shí)，微生物燃料電池的功率輸出特性；圖5為使用試驗(yàn)一的裝置的電極電位曲線；圖5中I為單獨(dú)微生物燃料電池回路的電極電位曲線，2為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為1Ω時(shí)，微生物燃料電池的電極電位曲線，3為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為100Ω時(shí)，微生物燃料電池的電極電位曲線，4為使用試驗(yàn)一的裝置第一電阻為1000 Ω時(shí)，微生物燃料電池的電極電位曲線；
[0058]從圖4和圖5可以看出，第一電阻為1Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置的最大功率密度和電流密度分別提高到1388.4mff/m2和8.73A/m2 ;第一電阻為100 Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置的最大功率密度和電流密度分別提高到1589.5mff/m2和9.25A/m2 ;第一電阻為1000 Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置的最大功率密度和電流密度分別提高到1781.6mff/m2和9.57A/m2。
[0059]圖6為水中COD含量的柱狀圖；圖6中A為污水中的COD含量，B為第二電阻為1000 Ω時(shí)單獨(dú)微生物燃料電池回路處理污水后出水中的COD含量，C為第一電阻為1000 Ω，第二電阻均為1000Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置處理污水后出水中的COD含量,D為第一電阻為I Ω，第二電阻為1000 Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置處理污水后出水中的COD含量；
[0060]從圖6可知，單獨(dú)使用微生物燃料電池回路，污水中的COD經(jīng)微生物陽極的降解，從污水中COD的含量1119mg/L降低到318mg/L ;第一電阻為1000 Ω和第二電阻均為1000 Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置處理污水后，出水中COD的值為162mg/L ;第一電阻為I Ω，第二電阻為1000 Ω時(shí)使用試驗(yàn)一的裝置處理污水后，出水中COD的值為184mg/L，可見，試驗(yàn)一中一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)提高了 14%污水的處理效果。
【權(quán)利要求】
1.一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)包括箱體⑴、微生物陽極室⑶、離子交換膜⑶、光催化陽極(6)、第一電阻(7)、石英玻璃窗口(9)、光源(10)、光陽極室進(jìn)水口(111光陽極室出水口(12)、微生物陽極(13)、第二電阻(14)、陰極(15)、開孔(17)、微生物陽極室進(jìn)水口(18)、微生物燃料電池出水口(19)、光陽極室(20)、進(jìn)水管(21)、導(dǎo)管(22)和出水管(23)； 所述的箱體(1)的一側(cè)側(cè)面上鑲嵌有石英玻璃窗口(9),箱體(1)的另一側(cè)側(cè)面上設(shè)有開孔(17),箱體⑴的上表面開設(shè)有光陽極室進(jìn)水口(111光陽極室出水口(12)、微生物陽極室進(jìn)水口(18)和微生物燃料電池出水口(19)；進(jìn)水管(21)與光陽極室進(jìn)水口(11)相連通，光陽極室出水口(12)通過導(dǎo)管(22)與微生物陽極室進(jìn)水口(18)相連通，出水管(23)與微生物燃料電池出水口(19)相連通； 所述的光源(10)設(shè)置在石英玻璃窗口(9)的一側(cè)；離子交換膜(5)設(shè)置在箱體(1)中，將箱體(1)分隔成光陽極室(20)和微生物陽極室(3)； 所述的光催化陽極(6)設(shè)置在光陽極室(20)內(nèi)，微生物陽極(13)和陰極(15)設(shè)置在微生物陽極室(3)內(nèi)；第一電阻(7)的一端與光催化陽極(6)相連接，第一電阻(7)的另一端分別與第二電阻(14)及陰極(15)相連接；第二電阻(14)的一端與微生物陽極(13)相連接，第二電阻(14)的另一端分別與第一電阻⑵和陰極(15)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于光催化陽極(6)為半導(dǎo)體材料附著在導(dǎo)電基底上；所述的半導(dǎo)體材料為二氧化鈦、2！10、冊(cè)3或
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于微生物陽極(13)為微生物陽極(13)為附著在載體上的具有電化學(xué)活性生物膜；所述的載體為碳紙、碳布、碳纖維刷、碳租、玻璃碳、碳納米管、石墨或石墨烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于陰極(15)為碳紙、碳布、碳纖維刷、碳?xì)?、玻璃碳、碳納米管、石墨、石墨烯、不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼板、鈦板或鈦網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于陰極(15)表面負(fù)載有陰極催化劑；所述的陰極催化劑為貴金屬催化劑、非貴金屬催化劑或生物陰極催化劑；所述的金屬催化劑為鉬、鈀、釕和金中的一種或其中幾種的合金；所述的非貴金屬催化劑為活性炭、碳粉或乙炔黑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于光源(10)為太陽光、氣燈或萊燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于第一電阻(7)的電阻為1 0?1000 ^。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于第二電阻(14)的電阻為1 0?1000 0。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于光催化陽極￠)的面積為箱體(1)的側(cè)面面積的50%?80%；箱體(1)的側(cè)面上石英玻璃窗口(9)面積為光催化陽極(6)面積的1.1倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種光催化和微生物復(fù)合陽極燃料電池系統(tǒng)，其特征在于箱體(I)的側(cè)面面積與開孔(17)的面積比為(1.5?2.0):1。
【文檔編號(hào)】H01M4/92GK104393309SQ201410680823
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】馮玉杰, 杜月, 曲有鵬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)