本發(fā)明涉及一種微生物燃料電池，特別涉及一種可無限拓展的用于污水處理的微生物燃料電池裝置。

背景技術(shù)：

微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。微生物燃料電池的基本工作原理是：在陽極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜等中間傳遞物質(zhì)傳遞到陰極，氧化劑( 一般為氧氣) 在陰極得到電子被還原并與質(zhì)子結(jié)合成水。微生物燃料電池多采用雙室型，即包括陽極室和陰極室，中間常采用質(zhì)子交換膜隔開。雖然目前隨著微生物燃料電池電極和反應(yīng)器構(gòu)型的不斷改進(jìn)，其單體能量密度增長迅速，但是仍然存在以下問題：電池能量密度低；可用作底物廢水種類較為單一；電池多為間歇式工作，需要不斷更換基底；電極材料結(jié)構(gòu)單一，產(chǎn)電微生物量少，不利于能量產(chǎn)生；電池反應(yīng)器裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不可擴(kuò)充；各電池組間不能根據(jù)需求進(jìn)行串并聯(lián)，嚴(yán)重限制其實(shí)際推廣與應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供一種正多邊形可拓展空氣陰極微生物燃料電池裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明公開了一種正多邊形可拓展空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括裝置外殼、裝置密封蓋及相間排布的陽極室和陰極室，陽極室內(nèi)或陰極室內(nèi)安裝不同材料電極，陽極室間或陰極室間通過帶濾網(wǎng)的流道連通，各流道旁設(shè)有擋板，各擋板可上下活動，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯(cuò)開設(shè)置，其中至少一組處于裝置最外側(cè)相鄰的陽極室與陰極室之間通過帶擋板的小孔連通，各擋板可上下活動，小孔可以通過安裝質(zhì)子交換膜阻隔陽極液與陰極液，與之相對的一組處于裝置最外側(cè)相鄰的陽極室和陰極室外殼側(cè)壁分別開有進(jìn)水口和出水口，用于輸入和排出有機(jī)污水，裝置外殼在各陰陽極室底部安裝有導(dǎo)電線路，連通各陰陽極室與外負(fù)載，陽極室外接導(dǎo)線連接為一體，與陰極室外接導(dǎo)線進(jìn)行串聯(lián)構(gòu)成外接電路，裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進(jìn)陰極反應(yīng)。

陽極室和陰極室皆為大小相等的正多邊形棱柱、二者相間排布并組合構(gòu)成一個(gè)多邊形棱柱裝置，正多邊形可以為正三邊形、正四邊形、正五邊形等等，裝置可以適應(yīng)不同形狀場地，陽極室數(shù)目大于等于所述陰極室數(shù)目。陽極室間或陰極室間通過帶濾網(wǎng)的流道連通，各流道旁設(shè)有擋板，各擋板可上下活動，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯(cuò)開設(shè)置。至少一組處于裝置最外側(cè)相鄰的陽極室與陰極室之間通過帶擋板的小孔連通，各擋板可上下活動，小孔可以通過安裝質(zhì)子交換膜阻隔陽極液與陰極液。若陽極室側(cè)壁和底部基底材料皆為絕緣材料，底層設(shè)有導(dǎo)線接口，連接陽極電極和外電路。若陽極室側(cè)壁材料為絕緣材料，底部基底材料上層為導(dǎo)電材料，則下層為絕緣材料，導(dǎo)線接口貫穿底部上下層，連接陽極電極和外電路。陰極室底層設(shè)有導(dǎo)線接口，連接陽極電極和外電路。陽極和陰極電極皆為具有較好生物相容性的導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料可以為碳基材料的碳刷、碳布、碳紙或活性炭顆粒，或是陰極為生物陰極，電極浸沒于流水中，電極最小單位的最小直徑大于流道濾網(wǎng)最大口徑。陽極室外接導(dǎo)線可以連接為一體，與陰極室外接導(dǎo)線構(gòu)成串聯(lián)外接電路。電池裝置也可以將相鄰陰陽極外接導(dǎo)線連接構(gòu)成單一電池組，并將多個(gè)單一電池組并聯(lián)得到最大外接電路電流。電池裝置可以將相鄰陰陽極室外接導(dǎo)線通過外電路連接構(gòu)成單一電池組，并可以將多個(gè)單一電池組進(jìn)行自由串并聯(lián)，以達(dá)到不同輸出效果。有機(jī)污水作為基底材料可以選用生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢棄物或禽畜廢棄物。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：1）采用連續(xù)流工作模式，結(jié)構(gòu)簡單，不需要人工更換基底材料，大大降低電池內(nèi)阻和制造維護(hù)成本，提高能源利用效率和電池能量密度；2) 以生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)廢棄物等各類有機(jī)污水為基質(zhì)，在處理污水的同時(shí)產(chǎn)生電能；3) 以具有較好生物相容性的導(dǎo)電材料或者綠色植物為電極材料，不僅價(jià)格低廉，而且產(chǎn)電過程中吸收二氧化碳，排出氧氣，促進(jìn)陰極反應(yīng)的同時(shí)減少污染，是一種清潔能源生產(chǎn)裝置；4)電池裝置可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行尺寸調(diào)整，以使得整體外形適應(yīng)不能形狀外部環(huán)境，并可無限擴(kuò)充，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值大；5)可以將相鄰陰陽極外接導(dǎo)線連接構(gòu)成單一電池組，并可以將多個(gè)單一電池組進(jìn)行自由串并聯(lián)，以達(dá)到不同輸出效果。

附圖說明：

圖1為發(fā)明中陽極室和陰極室均為正三角形棱柱的局部立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為發(fā)明中陽陽極室和陰極室均為正三邊形棱柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為發(fā)明中陽陽極室和陰極室均為正五邊形棱柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為發(fā)明中陽陽極室和陰極室均為正五邊形棱柱的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號：1-陽極室、2-陰極室、3-陽極室間流道、4-陰極室間流道、5-進(jìn)水口、6-出水口、7-一組陰陽極室間通孔、8-擋板、9-濾網(wǎng)；

圖中“+”代表陽極室，“-”代表陰極室。

具體實(shí)施方式：

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中示出的元素和特征相結(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面就本實(shí)施方式的一種正多邊形可拓展空氣陰極微生物燃料電池裝置的使用方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。此外，為便于說明，附圖的尺寸比例有所改動，往往與實(shí)際的比例不同。

[第一實(shí)施方式]

本實(shí)施方式的微生物燃料電池裝置外殼的一個(gè)例子局部示意圖如圖1和圖2所示，包括多個(gè)正三角形棱柱的陽極室和正三角形棱柱的陰極室、陽極室間流道、陰極室間流道、各流道擋板和濾網(wǎng)、進(jìn)水口、出水口、一組陰陽極室間通孔。

陽極室或陰極室皆為大小相等的正三角形棱柱，二者相間排布，陽極室數(shù)目大于陰極室數(shù)目。陽極室內(nèi)或陰極室內(nèi)安裝不同材料電極，陽極室間或陰極室間通過帶濾網(wǎng)的流道連通，各流道旁設(shè)有擋板，各擋板可上下活動，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯(cuò)開設(shè)置，其中一組處于裝置最外側(cè)相鄰的陽極室與陰極室之間通過帶小孔的擋板連通，擋板上的小孔中無質(zhì)子交換膜阻隔陽極液與陰極液，與之相對的一組處于裝置最外側(cè)相鄰的陽極室和陰極室外殼側(cè)壁分別開有進(jìn)水口和出水口，用于輸入和排出有機(jī)污水，使得電池裝置可以連續(xù)運(yùn)行。裝置密封蓋在陰極室上方開有小孔，使得陰極室與外界空氣連通，促進(jìn)陰極反應(yīng)。陽極室側(cè)壁和底部基底材料皆為絕緣材料，底層設(shè)有導(dǎo)線接口，連接陽極電極和外電路。陽極和陰極電極皆為碳刷，所述電極浸沒于流水中。所有陽極室外接導(dǎo)線連接為一體，與陰極室外接導(dǎo)線構(gòu)成串聯(lián)外接電路。預(yù)處理水流通過進(jìn)水口連續(xù)流入陽極室，進(jìn)而流經(jīng)所有極室，下推擋板阻斷所有陽極室間或者陰極室間通道，使得各極室內(nèi)相關(guān)反應(yīng)得以自我催化進(jìn)行。一段時(shí)間后上拉擋板，使得污水得以連續(xù)流通，各極室基底得以更新。連通陽極室與陰極室的帶小孔的擋板也隨著上述階段下推或上拉，水中有機(jī)物在微生物催化作用下產(chǎn)生電子和質(zhì)子，質(zhì)子以陽極室間流道中的水流為載體遷移至陽極室，并通過上拉擋板使得質(zhì)子涌進(jìn)陰極室，使得陽極室組與陰極室組在裝置內(nèi)部電性連通，電子通過陽極室底部外接線路通道流經(jīng)負(fù)載到達(dá)陰極，并使燃料電池裝置在處理污水的同時(shí)產(chǎn)生電能。

[第二實(shí)施方式]

本實(shí)施方式的微生物燃料電池裝置外殼的一個(gè)例子的俯視圖如圖3所示，圖4為其另一種排列形式，對于與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號，并將重復(fù)的說明予以省略。

陽極室或陰極室皆為大小相等的正五邊形棱柱相間排布，陽極室數(shù)目等于陰極室數(shù)目。陽極室間或陰極室間通過帶濾網(wǎng)的流道連通，各流道旁設(shè)有擋板，各擋板可上下活動，陽極室間流道與陰極室間流道上下錯(cuò)開設(shè)置，其中多組陽極室與陰極室之間通過帶小孔的擋板連通，各擋板可上下活動，擋板上的小孔中通過安裝質(zhì)子交換膜阻隔陽極液與陰極液，與之相對的一組處于裝置最外側(cè)相鄰的陽極室和陰極室外殼側(cè)壁分別開有進(jìn)水口和出水口，用于輸入和排出有機(jī)污水，使得電池裝置可以連續(xù)運(yùn)行。陽極室側(cè)壁材料為絕緣材料，底部基底材料上層為導(dǎo)電材料，下層為絕緣材料，導(dǎo)線接口貫穿底部上下層，連接陽極電極和外電路。陽極為活性炭顆粒，構(gòu)建材料陽極，電極浸沒于流水中，陰極電極為生物陰極，可以產(chǎn)生氧氣，促進(jìn)所在陰極室反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自給自足。預(yù)處理水流通過進(jìn)水口連續(xù)流入陽極室，進(jìn)而流經(jīng)所有陽極室，水中有機(jī)物在微生物催化作用下產(chǎn)生電子和質(zhì)子，質(zhì)子以陽極室間流道中的水流為載體遷移至陽極室，再通過質(zhì)子交換膜涌進(jìn)陰極室，使得陽極室組與陰極室組在裝置內(nèi)部電性連通，電子通過陽極室底部外接線路通道流經(jīng)負(fù)載到達(dá)陰極，并使燃料電池裝置在處理污水的同時(shí)產(chǎn)生電能。本發(fā)明可以將相鄰陰陽極外接導(dǎo)線連接構(gòu)成單一電池組，并可以將多個(gè)單一電池組進(jìn)行自由串并聯(lián)，以達(dá)到不同輸出效果。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行無限擴(kuò)充，陰極和陽極材料及其安裝形式可以根據(jù)要求進(jìn)行變換，各陰陽極室間外電路的任意連通可以利用流道擋板得以實(shí)現(xiàn)，使污水得以凈化，同時(shí)產(chǎn)電。

最后應(yīng)說明的是：雖然以上已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。