一种用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置及应用

摘要

本发明公开了一种用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置，至少包括两个并联的组件，每个组件包括底板以及纵向等距离设置在底板上的阳极块，每个阳极块对应连接一根导线，阳极块通过导线与微生物燃料电池阴极形成电流回路。本发明还公开了上述装置在单室微生物燃料电池中的应用。本发明装置避免了需要重复搭建微生物燃料电池的繁琐步骤，在同一个微生物燃料电池中即可研究出不同的阴阳电极间距和阳极面积对微生物燃料电池产电性能的影响，在保证实验研究准确性的基础上，大大降低了操作的繁琐度；本发明装置具有操作方便、易于掌握和控制等优点，对单室微生物燃料电池具有普遍适应性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置，还涉及上述装置的应用，属于电化学领域。

背景技术

在过去的一个世纪里，化石燃料支撑着工业和经济的发展，然而毫无疑问，随着人类的进步与发展，对能源的需求愈加强烈，化石燃料必然难以持久地维持整个世界的经济。在能源的寻求过程中，科学家把目光投向了微生物。微生物燃料电池(microbialfuelcell，简称MFC)是一种以微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置。它属于生物质能利用技术中的生物化学转化技术，将生物质能转化为电能，其作为一种新的绿色能源利用方式，具有原料广泛，反应条件温和，清洁高效等优点。

目前MFC的产电功率还比较低，因此研究MFC产电性能的影响因素对MFC的实际应用具有指导意义。在MFC产电性能的影响因素中研究最多的就是阴阳极间距和阴阳极面积，对于不同的微生物燃料电池其最佳的阴阳极间距和阴阳极面积是不同的，因此需要进行研究加以确定。因此一种用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置的开发很有必要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置，该装置在保证实验研究准确性的基础上还具有方便操作、易于掌握和控制的优点。

本发明还要解决的技术问题是提供上述用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置在单室微生物燃料电池中的应用，本发明装置对单室微生物燃料电池具有普遍适应性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置，至少包括两个并联的组件，每个所述组件包括底板以及纵向等距离设置在底板上的阳极块，每个阳极块对应连接一根导线，所述阳极块通过导线与微生物燃料电池阴极形成电流回路。

其中，所述组件之间通过将等长度的对应导线连接起来进行并联。

其中，所述阳极块为石墨毡、碳布或石墨块。

其中，所述阳极块的长度为20mm，宽度为20mm，

其中，所述相邻阳极块之间的距离5mm。

其中，所述底板为不锈钢板，所述底板的长度为120mm，宽度为30mm。

其中，所述导线为不锈钢导线或钛导线。

其中，所述阳极块与导线的连接处密封绝缘处理。

上述用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置在单室微生物燃料电池中的应用。

有益效果：针对现有研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的方法需要重复搭建微生物燃料电池装置的问题，本发明装置避免了需要重复搭建微生物燃料电池的繁琐步骤，在同一个微生物燃料电池中即可研究出不同的阴阳电极间距和阳极面积对微生物燃料电池产电性能的影响，在保证实验研究准确性的基础上，大大降低了操作的繁琐度；本发明装置具有操作方便、易于掌握和控制等优点，对单室微生物燃料电池具有普遍适应性。

附图说明

图1为本发明装置中组件的结构示意图；

图2为本发明装置两个组件并联后的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。

如图1～2所示，本发明的用于研究微生物燃料电池阴阳极间距和阳极面积对电池性能影响的装置，至少包括两个并联的组件4，每个组件4包括长方形不锈钢底板2以及纵向等距离设置在底板2上的阳极块3，每个阳极块3对应连接一根导线1，阳极块3用胶固定粘附在底板2上，在底板2上打孔，底板2上孔的位置对应阳极块3中心点的位置，导线1穿过阳极块3的中心点和底板2的孔，阳极块3通过导线1与微生物燃料电池阴极形成电流回路。

阳极块3为石墨毡、碳布或石墨块，阳极块3的规格一致，均为长度20mm，宽度20mm的小块，底板2上相邻阳极块3之间的距离5mm，因此位于底板2最上端的阳极块3对应连接到阴极的导线1最短，位于底板2最下端的阳极块3对应连接到阴极的导线1最长；底板2的长度为120mm，宽度为30mm；导线1为不锈钢导线或钛导线，阳极块3与导线1的连接处采用密封绝缘处理。

将本发明装置作为阳极插入单室微生物燃料电池中，使产电微生物能够附着在阳极块3上，将穿过阳极块3的导线1与阴极相连，从而使阳极块3通过导线1与微生物燃料电池阴极形成电流回路；产电菌消耗营养物质，产生质子和电子，电子传递到阳极块3上，并通过导线1传递到阴极。若要改变阴极与阳极之间的间距，即可通过改变阴极与不同位置(纵向上从下到下依次排列)的阳极块3对应的导线1相连；若要改变阳极的面积，可并联多个组件4，将各个组件4中等长度的对应导线1连接起来，再将连接后的导线1与阴极相连。

本装置只需要通过调整不同长度的导线与阴极连接，即可改变阴阳极之间的距离，通过将多个组件并联即可改变阳极的面积，通过测定不同接线方式下的微生物燃料电池产电电压或电流，比较其大小，从而得出该微生物燃料电池最优的阴阳极之间的距离和阳极的面积。本发明装置的使用可以大大减少实验工作量，不需要重复搭建微生物燃料电池装置，而且使整个研究过程在同一个微生物燃料电池中完成，在保证实验研究准确性的基础上，大大降低了操作的繁琐度；另外对于实现能源的回收利用和资源的最大化利用，具有非常显著的现实意义。

微生物燃料电池阴阳极的间距越小，内阻越小，有利于产电性能的提高，但是对于空气阴极微生物燃料电池而言，阴阳极间距过小，氧气易渗入阳极，影响产电菌的活性，从而影响产电性能。阳极面积越大，阳极上附着的微生物量增多，产电菌消耗有机物产生的质子和电子增多，有利于微生物燃料电池的产电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。