微生物燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在微生物的作用下，能夠從廢水和廢棄物等中含有的有機(jī)性物質(zhì) 中回收電能的微生物燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，作為在分解廢水等有機(jī)性廢棄物時(shí)回收能量的方法，利用燃料電池的結(jié) 構(gòu)的微生物燃料電池引人注目。在微生物燃料電池中，在分解排水以及廢棄物中的有機(jī)性 物質(zhì)時(shí)，通過采用電極回收微生物所放出的電子，便能夠直接回收電能。
[0003] 上述的微生物燃料電池中使用的陰極有：利用陰極液中的溶解氧這種方式的陰 極、和利用空氣中的氧這種方式的陰極。利用空氣中的氧這種方式的陰極被稱之為空氣陰 極?？諝怅帢O所具有的優(yōu)點(diǎn)是：只要在空氣陰極中使空氣流通即可，沒有必要向陰極液中進(jìn) 行曝氣。
[0004] 下述的專利文獻(xiàn)1公開了使用空氣陰極的微生物燃料電池的一個(gè)例子。在使用專 利文獻(xiàn)1中記載的微生物燃料電池時(shí)，使含有在厭氧條件下能夠繁殖的微生物和有機(jī)性物 質(zhì)的液體在陽極表面上的空隙的流路中流動(dòng)。另外，使空氣在陰極表面上的流路中流動(dòng)，從 而使空氣與陰極接觸。陽極在微生物的作用下，由有機(jī)性物質(zhì)生成氫離子(H+)以及電子 (el。生成的氫離子向陰極側(cè)移動(dòng)。如果采用導(dǎo)線將陽極和陰極與負(fù)載電路連接而形成閉 合電路，則在陽極和陰極之間產(chǎn)生電位差，從而可以獲得與電位差和在負(fù)載電路中流過的 電流之積相當(dāng)?shù)碾娔堋?br>[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn) 1:W02010/044145A1

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明所要解決的課題
[0009] 在使用空氣陰極的以前的微生物燃料電池中，于含有有機(jī)性物質(zhì)的液體的液面上 設(shè)置有使空氣存在的內(nèi)部空間。在此情況下，氧從含有有機(jī)性物質(zhì)的液體的液面溶解于含 有有機(jī)性物質(zhì)的液體中。
[0010] 在上述微生物燃料電池中，于陽極增殖的厭氧性的電生成菌通過使液體中的有機(jī) 性物質(zhì)分解，從而產(chǎn)生電能。如果使氧從液面溶解于液體中，則需氧菌增殖，從而需氧菌將 液體中的有機(jī)性物質(zhì)分解。因此，本來應(yīng)該由厭氧性菌分解的有機(jī)性物質(zhì)的量減少。作為其 結(jié)果，存在的問題是微生物燃料電池中的電能的回收量減少。
[0011] 作為解決這樣的問題的方法，在專利文獻(xiàn)1中提出了向液面上的內(nèi)部空間導(dǎo)入不 活潑氣體，從而用不活潑氣體置換內(nèi)部空間的空氣的方法。如果在液面上向內(nèi)部空間導(dǎo)入 不活潑氣體，則與液面接觸的氧量減少，結(jié)果可以減少?gòu)囊好嫒芙庥谝后w中的氧量。
[0012] 然而，關(guān)于不活潑氣體，存在的問題是操作以及保管困難，從而價(jià)格較高。因此，在 使用不活潑氣體的情況下，對(duì)于微生物燃料電池來說，其操作以及保管也變得困難，從而微 生物燃料電池的價(jià)格升高。
[0013] 本發(fā)明的目的在于:提供一種能夠抑制氧從液面溶解于液體中，從而可以提高電 能的回收效率的微生物燃料電池。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的寬泛方面，提供一種微生物燃料電池，其具有:含有有機(jī)性物質(zhì)的液 體;在含有所述有機(jī)性物質(zhì)的液體內(nèi)配置的陽極;具有用于將空氣引進(jìn)至空氣陰極內(nèi)的空 氣引進(jìn)部的空氣陰極；以及隔絕氧從含有所述有機(jī)性物質(zhì)的液體的液面溶解于含有所述有 機(jī)性物質(zhì)的液體中的氧隔絕部。
[0016] 在本發(fā)明的微生物燃料電池所具有的特定的方面中，所述氧隔絕部與含有所述有 機(jī)性物質(zhì)的液體的液面接觸。
[0017] 在本發(fā)明的微生物燃料電池所具有的特定的方面中，所述氧隔絕部漂浮在含有所 述有機(jī)性物質(zhì)的液體的液面上。
[0018] 在本發(fā)明的微生物燃料電池所具有的特定的方面中，所述氧隔絕部與所述空氣陰 極接觸。
[0019] 在本發(fā)明的微生物燃料電池所具有的特定的方面中，所述氧隔絕部與所述空氣陰 極連結(jié)。
[0020] 在本發(fā)明的微生物燃料電池所具有的特定的方面中，所述氧隔絕部與所述空氣陰 極和所述陽極連結(jié)。
[0021] 發(fā)明的效果
[0022] 本發(fā)明的微生物燃料電池由于具有:含有有機(jī)性物質(zhì)的液體，在含有所述有機(jī)性 物質(zhì)的液體內(nèi)配置的陽極，具有用于將空氣引進(jìn)至空氣陰極內(nèi)的空氣引進(jìn)部的空氣陰極， 以及隔絕氧從含有所述有機(jī)性物質(zhì)的液體的液面溶解于含有所述有機(jī)性物質(zhì)的液體中的 氧隔絕部，因而可以提高電能的回收效率。
【附圖說明】
[0023]圖1是示意表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的微生物燃料電池的剖視圖。
[0024] 圖2是示意表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的微生物燃料電池的剖視圖。
[0025] 圖3(a)以及圖3(b)是示意表示在實(shí)施例1中得到的微生物燃料電池的剖視圖。
[0026] 圖4(a)以及圖4(b)是示意表示在比較例1中得到的微生物燃料電池的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面參照附圖，就本發(fā)明具體的實(shí)施方式進(jìn)行說明，從而弄清本發(fā)明。
[0028] 圖1是示意表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的微生物燃料電池的剖視圖。圖1為主視剖 視圖，圖1中的上下方向?yàn)殂U直方向。
[0029] 圖1所示的微生物燃料電池1具有陽極2、空氣陰極3、含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4、氧 隔絕部5、以及導(dǎo)線。導(dǎo)線配置在未圖示的位置。含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4配置在容器21內(nèi)。
[0030] 陽極2配置在含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4內(nèi)，處在比含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4的液面 4a更靠下方的位置，浸漬在含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4內(nèi)。整個(gè)陽極2優(yōu)選配置在含有有機(jī)性 物質(zhì)的液體4內(nèi)。
[0031] 在微生物燃料電池1中，多個(gè)陽極2和多個(gè)空氣陰極3隔開間隔而交互地并列配置。 含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4在陽極2和空氣陰極3之間的空隙流動(dòng)。
[0032] 空氣陰極3具有用于將空氣引進(jìn)至空氣陰極3內(nèi)的空氣引進(jìn)部11?？諝庖M(jìn)部11例 如為具有使空氣流動(dòng)的流路的框狀構(gòu)件?？諝怅帢O3具有對(duì)置配置的2個(gè)陰極12和在2個(gè)陰 極12間配置的空氣室13。因此，陰極12與空氣室13接觸?？諝馐?3為空氣層?？諝怅帢O3在空 氣室13的下端具有框構(gòu)件，借助于框構(gòu)件可以防止空氣從空氣室13的流出。在空氣陰極3 中，可以將空氣從空氣引進(jìn)部11引進(jìn)至空氣室13內(nèi)?？諝庖M(jìn)部11的一端與空氣室13連接。 空氣引進(jìn)部11的另一端比液面4a更靠上方，直至容器21的外部?？諝饽軌驈娜萜?1的外部 通過空氣引進(jìn)部11而引進(jìn)至空氣室13內(nèi)。在上述空氣室中，也可以配置空氣透過性構(gòu)件。
[0033] 容器21具備含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4的流入口 21a、和含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4的 流出口21b。在容器21內(nèi)，含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4從流入口21a側(cè)流向流出口21b側(cè)。在容器 21內(nèi)，容器21在含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4的液面4a上具有內(nèi)部空間（空隙）。在容器21內(nèi)的內(nèi) 部空間中配置有氣體。在容器21內(nèi)的內(nèi)部空間中配置的氣體一般地說，為含有氧的空氣。 [0034]氧隔絕部5用于隔絕氧從含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4的液面4a溶解于含有有機(jī)性物 質(zhì)的液體4中。氧隔絕部5用于隔絕配置于容器21內(nèi)的內(nèi)部空間的空氣中的氧溶解于含有有 機(jī)性物質(zhì)的液體4中。
[0035] 氧隔絕部5位于比陽極2更靠上方的位置，位于比陰極12和空氣室13更靠上方的位 置。在微生物燃料電池1中，氧隔絕部5與含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4的液面4a接觸，漂浮在液 面4a上。氧隔絕部5相對(duì)于含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4具有漂浮性。氧隔絕部5的下表面?zhèn)冉n 在含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4中，位于液面4a的下方。氧隔絕部5的上表面?zhèn)任唇n在含有有 機(jī)性物質(zhì)的液體4中，位于液面4a的上方。通過使用具有漂浮性的氧隔絕部5,在含有有機(jī)性 物質(zhì)的液體4的液量變化而使液面4a的位置變動(dòng)時(shí)，氧隔絕部5的位置便能夠追隨液面4a的 位置的變動(dòng)而變動(dòng)。其結(jié)果是，即使液面4a的位置發(fā)生變動(dòng)，作為液面4a被氧隔絕部5覆蓋 的結(jié)果，借助于氧隔絕部5也可以抑制氧向含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4中的溶解。在容器21內(nèi)， 即使在含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4的液面4a上存在上述內(nèi)部空間，借助于氧隔絕部5也可以抑 制在上述內(nèi)部空間存在的氧向含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4中的溶解。上述氧隔絕部的位置優(yōu) 選能夠追隨液面4a的位置的變動(dòng)而變動(dòng)。
[0036] 氧隔絕部5具有開口部?？諝庖M(jìn)部11插入該開口部?jī)?nèi)。為了更進(jìn)一步切實(shí)地防止 氧向含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4中的溶解，在微生物燃料電池1中，氧隔絕部5與整個(gè)液面4a接 觸。其結(jié)果是，液面4a不與空氣接觸。這樣一來，上述氧隔絕部?jī)?yōu)選與整個(gè)液面4a接觸。但 是，上述氧隔絕部也可以不與整個(gè)液面4a接觸。上述氧隔絕部相對(duì)于液面4a的總表面積的 接觸面積越大，越可以更進(jìn)一步抑制氧向含有有機(jī)性物質(zhì)的液體4中的溶解。上述氧隔絕部 在液面4a的總表面積100%中的接觸面積優(yōu)選為50%以上，更優(yōu)選為80%以上，進(jìn)一步優(yōu)選 為90 %以上，再優(yōu)選為95 %以上，再進(jìn)一步優(yōu)選為98 %以上，特別優(yōu)選為99 %以上，最優(yōu)選 為99.5%以上。
[0037] 另外，在微生物燃料電池1中，氧隔絕部5與空氣陰極3接觸，并與空氣陰極3連結(jié)， 被設(shè)計(jì)為與空氣陰極3成為一體的構(gòu)成。具體地說，氧隔絕部5與陰極12和空氣室13的上表 面接觸并連結(jié)在一起，與空氣引進(jìn)部11的外周面接觸并連結(jié)在一起。上述氧隔絕部通過與 空氣陰極3連結(jié)、或者被設(shè)計(jì)為與空氣陰極3成為一體的構(gòu)成，可以使上述氧隔絕部的安裝 (配置)和拆卸(除去)變得更加容易。
[0038] 上述氧隔絕部既可以與上述陽極接觸，也可以與上述陽極連結(jié)，還可以被設(shè)計(jì)為 與上述陽極成為一體的構(gòu)成。上述氧隔絕部既可以與上述空氣陰極和上述陽極兩者接觸， 也可以與上述空氣陰極和上述陽極兩者連結(jié)，還可以被設(shè)計(jì)為與上述空氣陰極和上述陽極 兩者成為一體的構(gòu)成。在此情況下，上述氧隔絕部的安裝(配置)和拆卸（除去)變得更加容 易。此外，在上述氧隔絕部與上述空氣陰極和上述陽極兩者連結(jié)的情況下