本發(fā)明大體上涉及微生物燃料電池，并且更具體地，涉及一種微生物燃料電池，其包括：具有電解池的容器單元；和具有電極的電極單元。

背景技術(shù)：

微生物燃料電池是通過(guò)微生物的催化作用(代謝反應(yīng)或生物化學(xué)轉(zhuǎn)化)將包含在廢水中的有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，并且使所述有機(jī)物質(zhì)進(jìn)一步經(jīng)受氧化分解處理的裝置。

例如，文件“JP 2009-93861 A”公開(kāi)了被配置如下的微生物燃料電池：附著有厭氧微生物的負(fù)電極保持在電解池的密封的內(nèi)部空間中，而有機(jī)襯底被保留并且所述負(fù)電極被浸沒(méi)；離子轉(zhuǎn)移層盒插入該電解池的內(nèi)部空間中；所述盒的外殼的至少一部分包括離子透過(guò)性轉(zhuǎn)移層；并且正電極被封閉或耦合在所述盒內(nèi)部。在該微生物燃料電池中，兩種通氣管進(jìn)一步連接至所述離子轉(zhuǎn)移層盒：用于將氣體供應(yīng)至所述離子轉(zhuǎn)移層盒中的通氣管；和用于從所述離子轉(zhuǎn)移層盒的內(nèi)部排出氣體的通氣管。所述通氣管于所述電解池中從所述離子轉(zhuǎn)移層盒被拉出。作為燃料的氧氣通過(guò)一個(gè)通氣管被供應(yīng)至所述離子轉(zhuǎn)移層盒。

然而，如果氧化氣體如氧氣被供應(yīng)至微生物燃料電池，那么當(dāng)兩種通氣管，即用于供應(yīng)的通氣管和用于排出的通氣管，于電解池中從其內(nèi)部被拉出時(shí)，需要對(duì)于管道的復(fù)雜設(shè)計(jì)，如上述文件JP 2009-93861 A中所公開(kāi)的技術(shù)。另外，由于將氧氣供應(yīng)至微生物燃料電池所需的成本高，因此對(duì)使用的限制增加。另一方面，如果氧氣僅通過(guò)空氣的自然擴(kuò)散而被供應(yīng)至微生物燃料電池，那么難以將足夠量的氧氣供應(yīng)至微生物燃料電池，特別是在微生物燃料電池的尺寸較大的情況下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

已鑒于上述情況對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種微生物燃料電池，其可以簡(jiǎn)化用于供應(yīng)氧化氣體的管道配置并且保證氧化氣體的高利用效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的微生物燃料電池包括容器單元和電極單元。所述容器單元包括：電解池；和連通端口，其連通所述電解池的內(nèi)部與所述電解池的外部。所述電極單元包括：氣相室；正電極，其被配置成與所述氣相室中的氣體接觸；負(fù)電極，其被配置成保持微生物；離子轉(zhuǎn)移層，其夾置于所述正電極與所述負(fù)電極之間，并且具有離子導(dǎo)電性；第一通氣端口，其連通所述氣相室的內(nèi)部與所述氣相室的外部；和第二通氣端口，其被設(shè)置在不同于其中設(shè)置所述第一通氣端口的位置的位置，并且連通所述氣相室的所述內(nèi)部與所述氣相室的所述外部。所述電極單元附接至所述容器單元，使得所述氣相室通過(guò)所述第二通氣端口與所述連通端口連通。

附圖說(shuō)明

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的微生物燃料電池的截面圖，并且圖1B是圖1A中所示的微生物燃料電池的沿線X-X截取的截面圖；

圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的微生物燃料電池的截面圖，并且圖2B是圖2A中所示的微生物燃料電池的沿線X-X截取的截面圖；

圖3是第一連接器和第二連接器的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖；并且

圖4是所述第一連接器和所述第二連接器的示意性截面圖，這些連接器處于其中圖3中的所述第二連接器附接至圖3中的所述第一連接器的狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

在下文中，將描述本發(fā)明的實(shí)施方案。

圖1A和1B中所示的根據(jù)第一實(shí)施方案的微生物燃料電池1以及圖2A和2B中所示的根據(jù)第二實(shí)施方案的微生物燃料電池1各自包括容器單元20和電極單元30。容器單元20包括：電解池22；和連通端口23，其連通電解池22的內(nèi)部與電解池22的外部。電極單元30包括：正電極33，其被配置成與氣相室32中的氣體接觸；負(fù)電極34，其被配置成保持微生物；離子轉(zhuǎn)移層35，其夾置于正電極33與負(fù)電極34之間；第一通氣端口36，其連通氣相室32的內(nèi)部與氣相室32的外部；和第二通氣端口37，其被設(shè)置在不同于其中設(shè)置第一通氣端口36的位置的位置，并且連通氣相室32的內(nèi)部與氣相室32的外部。正電極33、負(fù)電極34和離子轉(zhuǎn)移層35設(shè)置在電解池22中。負(fù)電極34被暴露于電極單元30的外部。離子轉(zhuǎn)移層35具有離子導(dǎo)電性。電極單元30附接至容器單元20，使得氣相室32通過(guò)第二通氣端口37與連通端口23連通。

因此，在第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案中，作為燃料的氧化氣體如氧氣可以通過(guò)連通端口23從電解池22的外部被供應(yīng)至微生物燃料電池1。氧化氣體通過(guò)連通端口23和第二通氣端口37被供應(yīng)至氣相室32中以被用于通過(guò)微生物燃料電池進(jìn)行發(fā)電。供應(yīng)至氣相室32中的氧化氣體在擴(kuò)散于氣相室32中之后，經(jīng)由第一通氣端口36排出至氣相室32的外部，因此所述氧化氣體可以被有效地用于通過(guò)微生物燃料電池進(jìn)行發(fā)電。此外，可以簡(jiǎn)化微生物燃料電池1的用于供應(yīng)氧化氣體的機(jī)構(gòu)。或者，氧化氣體可以經(jīng)由第一通氣端口36從氣相室32的外部被供應(yīng)至氣相室32中，然后經(jīng)由第二通氣端口37和連通端口23從氣相室32排出至氣相室32的外部。同樣在這種情況下，氧化氣體可以被有效地用于通過(guò)微生物燃料電池進(jìn)行發(fā)電。

因此，微生物燃料電池1可以簡(jiǎn)化用于供應(yīng)氧化氣體的管道配置并保證氧化氣體的高利用效率。

在根據(jù)第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的微生物燃料電池1中，連通端口23優(yōu)選設(shè)有第一連接器21，并且第二通氣端口37優(yōu)選設(shè)有第二連接器31。電極單元30優(yōu)選被配置成可脫離地附接至容器單元20，并且第二連接器31也優(yōu)選被配置成可脫離地附接至第一連接器21。具體地說(shuō)，第二連接器31優(yōu)選處于附接至第一連接器21的狀態(tài)，而電極單元30處于附接至容器單元20的狀態(tài)，并且第二連接器優(yōu)選通過(guò)電極單元30與容器單元20的脫離而與第一連接器21脫離。另外，第一連接器21和第二連接器31優(yōu)選分別包括自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥。每個(gè)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥還優(yōu)選被配置成通過(guò)第二連接器31附接至第一連接器21而被打開(kāi)，并且通過(guò)第二連接器31與第一連接器21的脫離而被關(guān)閉。在這種情況下，電極單元30可以與容器單元20脫離用于電極單元30的維護(hù)。因此可以促進(jìn)電極單元30的維護(hù)。此外，即使當(dāng)電極單元30附接至容器單元20(處于其中電解溶液4受電解池22支持的狀態(tài))或與容器單元20脫離時(shí)，也可以防止電解溶液4通過(guò)第二通氣端口37進(jìn)入氣相室32中，并且可以防止電解池22中的電解溶液4從連通端口23泄漏。另外，用于將氧化氣體供應(yīng)至微生物燃料電池1的機(jī)構(gòu)不妨礙電極單元30的附接/脫離。因此可以促進(jìn)電極單元30的附接/脫離。

在下文中，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的第一實(shí)施方案。

圖1A和1B顯示根據(jù)第一實(shí)施方案的微生物燃料電池1。在第一實(shí)施方案中，容器單元20包括電解池22和連通端口23，如上文所述。在第一實(shí)施方案中，連通端口23穿透電解池22的底部，使得電解池22的內(nèi)部與電解池22的外部連通。連通端口23在其中設(shè)有第一連接器21。流入管24和流出管25連接至電解池22以與電解池22的內(nèi)部連通。

電極單元30包括氣相室32、正電極33、負(fù)電極34、離子轉(zhuǎn)移層35、第一通氣端口36和第二通氣端口37，如上文所述。

在第一實(shí)施方案中，電極單元30包括中空外殼38。該外殼38內(nèi)部的空間對(duì)應(yīng)于氣相室32。第二通氣端口37穿透外殼38的底部，使得外殼38的外部與外殼38內(nèi)部的氣相室32連通。第一通氣端口36穿透外殼38的頂部，使得外殼38的外部與外殼38內(nèi)部的氣相室32連通。第二通氣端口37在其中設(shè)有第二連接器31。

在第一實(shí)施方案的電極單元30中，正電極33、離子轉(zhuǎn)移層35和負(fù)電極34以該順序堆疊。因此，正電極33、離子轉(zhuǎn)移層35和負(fù)電極34構(gòu)成了膜電極組件39(MEA)。

用于負(fù)電極34的材料是導(dǎo)電金屬如鋁、銅、不銹鋼、鎳或鈦，或碳材料如碳紙或碳?xì)?。?fù)電極34可以具有在其厚度方向上連續(xù)延伸的空間(空隙)。負(fù)電極34可以是例如在其中具有空隙的多孔導(dǎo)電片或織造導(dǎo)電片?；蛘?，負(fù)電極34可以是具有多個(gè)在厚度方向上穿透的通孔的金屬板。

負(fù)電極34被配置成保持微生物。例如，所述微生物保持在負(fù)電極34的與離子轉(zhuǎn)移層35相對(duì)一側(cè)的表面上。例如，包含微生物的生物膜固定在負(fù)電極34的所述表面上，從而使所述微生物被負(fù)電極34保持。所述生物膜通常意指包含微生物群體和由所述微生物群體產(chǎn)生的細(xì)胞外聚合物質(zhì)(EPS)的三維結(jié)構(gòu)。注意，所述微生物可以在沒(méi)有生物膜的情況下被負(fù)電極34保持。

被負(fù)電極34保持的微生物是厭氧微生物，并且可以是例如具有細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的產(chǎn)電細(xì)菌。更具體地，所述微生物的實(shí)例包括地桿菌屬(Geobacter)菌株、斯瓦尼菌屬(Shewanella)菌株、氣單胞菌屬(Aeromonas)菌株、地發(fā)菌屬(Geothrix)菌株和酵母屬(Saccharomyces)菌株。

除微生物之外，負(fù)電極34還可以保持介質(zhì)(也稱(chēng)為電子轉(zhuǎn)移介質(zhì)分子)。在這種情況下，被負(fù)電極34保持的介質(zhì)介導(dǎo)微生物與負(fù)電極34之間的電子轉(zhuǎn)移，這可以改進(jìn)電子從微生物至負(fù)電極34的轉(zhuǎn)移效率。電解溶液4可以代替負(fù)電極34保持介質(zhì)。或者，除了負(fù)電極34保持介質(zhì)之外，電解溶液4也可以保持介質(zhì)。同樣在這種情況下，電解溶液4中的介質(zhì)介導(dǎo)微生物與負(fù)電極34之間的電子轉(zhuǎn)移，這可以改進(jìn)電子從微生物至負(fù)電極34的轉(zhuǎn)移效率。被負(fù)電極34保持的介質(zhì)以及電解溶液4中所包含的介質(zhì)的實(shí)例包括中性紅(3-氨基-7-二甲氨基-2-甲基吩嗪鎓氯化物)、蒽醌-2,6-二磺酸二鈉(AQDS)、硫堇、鐵氰化鉀和甲基紫精。

離子轉(zhuǎn)移層35具有離子導(dǎo)電性。離子轉(zhuǎn)移層35由例如離子交換膜、固體電解質(zhì)膜、玻璃纖維膜或合成纖維膜形成。也就是說(shuō)，離子轉(zhuǎn)移層35是自身具有離子導(dǎo)電性的構(gòu)件，如離子交換膜或固體電解質(zhì)膜?；蛘?，離子轉(zhuǎn)移層35可以是通過(guò)用電解溶液浸漬自身不具有離子導(dǎo)電性的多孔膜如玻璃纖維膜或合成纖維膜以向其提供離子導(dǎo)電性而獲得的構(gòu)件。離子轉(zhuǎn)移層35可以由例如具有質(zhì)子導(dǎo)電性的適當(dāng)?shù)碾x子交換膜形成。離子轉(zhuǎn)移層35的實(shí)例包括具有質(zhì)子導(dǎo)電性的基于氟樹(shù)脂的離子交換膜，如Nafion(由DuPont制得；注冊(cè)商標(biāo))和Flemion(由Asahi Glass有限公司制得；注冊(cè)商標(biāo))。

正電極33是例如氣體擴(kuò)散電極。氣體擴(kuò)散電極包括例如拒水層和氣體擴(kuò)散層。拒水層被設(shè)置在氣體擴(kuò)散層與離子轉(zhuǎn)移層35之間。

拒水層是具有拒水性和透氣性?xún)烧叩膶?。拒水層在微生物燃料電?的電化學(xué)系統(tǒng)中被配置成允許氣體從氣相移動(dòng)至液相，同時(shí)將所述氣相與所述液相極好地分離。拒水層優(yōu)選是多孔的。在這種情況下，拒水層可以具有高透氣性。拒水層由選自例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的組的一種或多種材料制成。

氣體擴(kuò)散層包含例如多孔導(dǎo)電材料和由該導(dǎo)電材料所運(yùn)載的催化劑?；蛘撸瑲怏w擴(kuò)散層可以由多孔且具有導(dǎo)電性的催化劑形成。

氣體擴(kuò)散層的導(dǎo)電材料由選自例如基于碳的物質(zhì)、導(dǎo)電聚合物、半導(dǎo)體和金屬的組的一種或多種材料制成?；谔嫉奈镔|(zhì)意指具有碳作為組分的物質(zhì)。基于碳的物質(zhì)的實(shí)例包括石墨、活性碳、碳粉、碳板、碳紙和碳盤(pán)。碳粉的實(shí)例包括碳黑、Vulcan XC-72R、乙炔黑、爐黑和Denka黑。碳纖維的實(shí)例包括石墨氈、碳絨和碳織物?；谔嫉奈镔|(zhì)的實(shí)例進(jìn)一步包括微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)如碳納米管、碳納米角和碳納米簇。金屬的實(shí)例包括鋁、銅、不銹鋼、鎳、鈦。

氣體擴(kuò)散層的催化劑是貴金屬催化劑如鉑或鉑合金。

氣體擴(kuò)散層的催化劑還優(yōu)選為摻雜有金屬原子的基于碳的材料。金屬原子不受特別限制，但優(yōu)選為選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au的一種或多種金屬原子。在這種情況下，基于碳的材料具有作為用于特別加速氧還原反應(yīng)和氧生成反應(yīng)的催化劑的優(yōu)良性能。所述一種或多種金屬原子在基于碳的材料中的量可以被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，使得基于碳的材料具有優(yōu)良的催化劑性能。

基于碳的材料優(yōu)選進(jìn)一步摻雜有選自氮原子、硼原子、硫原子和磷原子的一種或多種非金屬原子?；谔嫉牟牧纤鶕诫s的一種或多種非金屬原子的量也可以被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，使得基于碳的材料具有優(yōu)良的催化劑性能。

基于碳的材料可以通過(guò)以下方式獲得：使用碳源材料如石墨或無(wú)定形碳作為基質(zhì)，并且用以下物質(zhì)摻雜該碳源材料：一種或多種金屬原子；和選自氮原子、硼原子、硫原子和磷原子的一種或多種非金屬原子。

正電極33被配置成與氣相室32中的氣體接觸，如上文所述。換句話(huà)說(shuō)，正電極33被配置成使得氣相室32中的氧化氣體分子到達(dá)正電極33并且被電化學(xué)反應(yīng)還原。為此，使正電極33例如暴露于氣相室32。在第一實(shí)施方案中，正電極33被設(shè)置于側(cè)壁上，所述側(cè)壁將外殼38內(nèi)部的氣相室32與外殼38的外部分離。所述側(cè)壁具有開(kāi)口381，并且正電極33通過(guò)該開(kāi)口381暴露于氣相室32。因此，正電極33被配置成與氣相室32中的氣體接觸。

正電極33的配置不限于第一實(shí)施方案，只要?dú)庀嗍?2中的氧化氣體分子可以到達(dá)正電極33并且被電化學(xué)反應(yīng)還原即可。

在第一實(shí)施方案中，單個(gè)電極單元30包括兩個(gè)膜電極組件39。外殼38被設(shè)置在兩個(gè)膜電極組件39之間，并且兩個(gè)膜電極組件39的各自的正電極33被配置成與外殼38的氣相室32中的氣體接觸。當(dāng)然，或者單個(gè)電極單元30可以包括單個(gè)膜電極組件39。

第二連接器31被配置成可脫離地附接至第一連接器21。如上文所述，第一連接器21和第二連接器31優(yōu)選分別包括自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥。每個(gè)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥還優(yōu)選被配置成通過(guò)第二連接器31附接至第一連接器21而被打開(kāi)，并且通過(guò)第二連接器31與第一連接器21的脫離而被關(guān)閉。作為第一連接器21和第二連接器31，可以應(yīng)用具有自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥的眾所周知的連接器，如產(chǎn)品名稱(chēng)：CPC Coupling(由SANWA Enterprise公司制得)。在這種情況下，當(dāng)?shù)诙B接器31附接至第一連接器21時(shí)，第二連接器31和第一連接器21的自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥被打開(kāi)，并且第二通氣端口37與連通端口23相應(yīng)地連通。因此，氣相室32經(jīng)由第二通氣端口37與連通端口23連通。

圖3和4各自顯示第一連接器21和第二連接器31的特定實(shí)例性配置的示意圖。

圖3中所示的第一連接器21和第二連接器31處于關(guān)閉狀態(tài)。

如圖3中所示，第一連接器21包括：具有管形的殼體40；和插入殼體40中的內(nèi)部單元50。殼體40內(nèi)部的中空部分包括：保持部分41，其具有等于內(nèi)部單元50的外徑的內(nèi)徑；通道部分42，其具有大于保持部分41的內(nèi)徑的內(nèi)徑；第一連接部分43，其具有小于通道部分42的內(nèi)徑的內(nèi)徑；和第二連接部分44，其具有小于第一連接部分43的內(nèi)徑的內(nèi)徑，并且那些從殼體40的端側(cè)以該順序被布置。第二連接部分44與連通端口23的連通。內(nèi)部單元50是具有打開(kāi)的末端和關(guān)閉的后端的管形構(gòu)件。內(nèi)部單元50被設(shè)置在保持部分41中，而內(nèi)部單元50的末端部分從殼體40的末端中形成的開(kāi)口向外凸出。內(nèi)部單元50在其側(cè)表面中設(shè)有連通內(nèi)部單元50的內(nèi)部與內(nèi)部單元50的外部的通道端口51。通道端口51通過(guò)保持部分41的內(nèi)周表面被關(guān)閉。為此，內(nèi)部單元50的內(nèi)部不與第二連接部分44連通，并且圖3中所示的第一連接器21處于關(guān)閉狀態(tài)。殼體40在其中設(shè)有螺旋彈簧60。螺旋彈簧60的一端固定至第一連接部分43與第二連接部分44之間的臺(tái)階部分，并且螺旋彈簧60的另一端固定至內(nèi)部單元50的底表面。

如圖3中所示，第二連接器31包括：具有管形的殼體70；和插入殼體70中的內(nèi)部單元80。殼體70內(nèi)部的中空部分包括：插入部分71，其具有等于第一連接器21的殼體40的外徑的內(nèi)徑；保持部分72，其具有等于內(nèi)部單元80的外徑的內(nèi)徑；和連接部分73，其具有大于保持部分72的內(nèi)徑的內(nèi)徑，并且那些從殼體70的端側(cè)以該順序被布置。連接部分73與第二通氣端口37連通。內(nèi)部單元80是具有打開(kāi)的末端和關(guān)閉的后端的管形構(gòu)件。內(nèi)部單位80的后端部分被插入至保持部分72，而內(nèi)部單位80的末端部分被設(shè)置在插入部分71中。內(nèi)部單元80在其側(cè)表面中設(shè)有連通內(nèi)部單元80的內(nèi)部與內(nèi)部單元80的外部的通道端口81。通道端口81被設(shè)置在插入部分71中。為此，內(nèi)部單元80的內(nèi)部不與連接部分73連通，并且圖3中所示的第二連接器31處于關(guān)閉狀態(tài)。內(nèi)部單元80于其末端部分的外周設(shè)有肋條82。殼體70在其中設(shè)有螺旋彈簧90。螺旋彈簧90的一端固定至插入部分71與保持部分72之間的臺(tái)階部分，并且螺旋彈簧90的另一端固定至內(nèi)部單元80的肋條82。

第一連接器21的內(nèi)部單元50充當(dāng)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥，并且第二連接器31的內(nèi)部單元80也充當(dāng)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥。

如果第二連接器31附接至第一連接器21，那些第一連接器21的殼體40插入至第二連接器31的插入部分71中，并且第一連接器21的內(nèi)部單元50和第二連接器31的內(nèi)部單元80相應(yīng)地相互對(duì)接。因此，內(nèi)部單元50的內(nèi)部與內(nèi)部單元80的內(nèi)部連通。當(dāng)?shù)诙B接器31進(jìn)一步被推送至第一連接器21時(shí)，第一連接器21的內(nèi)部單元50逆向螺旋彈簧60的彈性力后退，并且第二連接器31的內(nèi)部單元80也逆向螺旋彈簧90的彈性力后退。如圖4中所示，通道端口51通過(guò)第一連接器21的內(nèi)部單元50的后退而移動(dòng)至通道部分42中，并且相應(yīng)地被打開(kāi)。因此，內(nèi)部單元50的內(nèi)部通過(guò)通道端口51、通道部分42和第一連接部分43與第二連接部分44連通，并且第一連接器21變成打開(kāi)狀態(tài)。也如圖4中所示，通道端口81通過(guò)第二連接器31的內(nèi)部單元80的后退而移動(dòng)至連接部分73中，并且相應(yīng)地被打開(kāi)。因此，內(nèi)部單元80的內(nèi)部通過(guò)通道端口81與連接部分73連通，并且第二連接器31也變成打開(kāi)狀態(tài)。以這種方式，第一連接器21和第二連接器31兩者均通過(guò)第二連接器31附接至第一連接器21而變?yōu)榇蜷_(kāi)狀態(tài)。因此，如圖4中通過(guò)箭頭所示，氣體被允許在第一連接器21與第二連接器31之間通過(guò)。當(dāng)?shù)诙B接器31與第一連接器21脫離時(shí)，第一連接器21和第二連接器31兩者均恢復(fù)至圖3中所示的關(guān)閉狀態(tài)。

電極單元30被設(shè)置在容器單元20的電解池22的內(nèi)部并且進(jìn)一步第二連接器31附接至第一連接器21，從而使電極單元30附接至容器單元20。在這種狀態(tài)下，正電極33、負(fù)電極34和離子轉(zhuǎn)移層35被設(shè)置在電解池22的內(nèi)部。第一通氣端口36被設(shè)置在電解池22上方。為此，第一通氣端口36被設(shè)置電解池22的外部。此外，氣相室32經(jīng)由第二通氣端口37與連通端口23連通。

在第一實(shí)施方案中，電極單元30可以通過(guò)第二連接器31附接至第一連接器21而固定至容器單元20。也就是說(shuō)，第一連接器21可以將電極單元30固定至容器單元20。如果電極單元30通過(guò)第二連接器31附接至第一連接器21而固定至容器單元20，那么可以抑制電極單元30通過(guò)浮力而浮起。為了將電極單元30固定至容器單元20，可以提供除第一連接器21以外的適當(dāng)結(jié)構(gòu)。

單個(gè)微生物燃料電池1可以包括兩個(gè)或更多個(gè)電極單元30。在第一實(shí)施方案中，微生物燃料電池1包括：?jiǎn)蝹€(gè)容器單元20；和兩個(gè)電極單元30，其被配置成可脫離地附接至該容器單元20。容器單元20包括對(duì)應(yīng)于兩個(gè)電極單元30的兩個(gè)連通端口23和兩個(gè)第一連接器21。

如果例如微生物燃料電池1被操作，那么電解溶液4首先被供應(yīng)至電解池22的內(nèi)部以被電解池22支持，所述電解池22處于其中電極單元30附接至容器單元20的狀態(tài)。電解溶液4經(jīng)由例如流入管24被供應(yīng)至電解池22的內(nèi)部。當(dāng)電解溶液4被電解池22支持時(shí)，負(fù)電極34與電解池22中電解溶液4接觸。

電解溶液4包含有機(jī)物質(zhì)。電解溶液4進(jìn)一步包含電解質(zhì)，如KH₂PO₄、K₂HPO₄、(NH₄)₂SO₄、MgSO₄·7H₂O、NaCl、CaCl₂·2H₂O、Na₂S₂O₃·5H₂O等。例如，如有必要，可以通過(guò)將電解質(zhì)添加至包含有機(jī)物質(zhì)的廢水來(lái)制備電解溶液4。

氧化氣體通過(guò)連通端口23和第二通氣端口37從電解池22的外部被供應(yīng)至氣相室32中。氧化氣體的實(shí)例包括氧氣。例如，當(dāng)管道連接至連通端口23并且氧化氣體通過(guò)泵等被供應(yīng)至該管道時(shí)，氧化氣體通過(guò)管道、連通端口23和第二通氣端口37被供應(yīng)至氣相室32中，而氣相室32中的氣體通過(guò)第一通氣端口36排出至外部。

正電極33和負(fù)電極34連接至外部電路。

當(dāng)微生物燃料電池1以這種方式被操作時(shí)，電解溶液4中的有機(jī)物質(zhì)通過(guò)負(fù)電極34上的微生物的代謝而被分解，因此生成電子、質(zhì)子和二氧化碳。電子從負(fù)電極34移動(dòng)至外部電路，并且質(zhì)子在通過(guò)離子轉(zhuǎn)移層35之后到達(dá)正電極33。在正電極33上，來(lái)自氣相室32的氧化氣體與質(zhì)子和電子反應(yīng)，并且因此被還原。因此，如果氧化氣體是氧氣，那些生成水。通過(guò)此類(lèi)電化學(xué)反應(yīng)，在正電極33與負(fù)電極34之間生成電動(dòng)勢(shì)，并且電解溶液4中的有機(jī)物質(zhì)被分解。因此，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電并且進(jìn)行電解溶液4中的有機(jī)物質(zhì)的分解處理。

在經(jīng)受處理之后，電解溶液4通過(guò)流出管25排出至電解池22的外部。雖然微生物燃料電池1被操作，但電解溶液4可以通過(guò)流入管24被連續(xù)地供應(yīng)至電解池22，并且電解池22內(nèi)部的電解溶液4也可以通過(guò)流出管25被連續(xù)地排出。

在第一實(shí)施方案中，當(dāng)通過(guò)第二通氣端口37被供應(yīng)至氣相室32中時(shí)，氧化氣體在氣相室32中向上擴(kuò)散，并且在到達(dá)氣相室32的頂端之后從第一通氣端口36排出至外部。為此，氧化氣體有效地散布于整個(gè)氣相室32中，并且抑制氣體停留在氣相室32中。因此，氧化氣體可以有效地用于微生物燃料電池1中的電化學(xué)反應(yīng)，并且可以改進(jìn)微生物燃料電池1的發(fā)電效率。

或者，在第一實(shí)施方案中，氧化氣體可以通過(guò)第一通氣端口36被供應(yīng)至氣相室32中，并且氣相室32中的氣體可以通過(guò)第二通氣端口37和連通端口23排出至外部。氧化氣體可以通過(guò)泵、吹風(fēng)機(jī)等被送至第一通氣端口36以通過(guò)第一通氣端口36被供應(yīng)至氣相室32中。管道可以連接至連通端口23，并且負(fù)壓可以通過(guò)真空泵等被施加至該管道，并且因此氣相室32中的氣體可以通過(guò)第二通氣端口37和連通端口23被抽吸，并且可以相應(yīng)地使氧化氣體通過(guò)第一通氣端口36進(jìn)入氣相室32中。同樣在這種情況下，氧化氣體有效地散布于整個(gè)氣相室32中，并且抑制氣體停留在氣相室32中。

如果進(jìn)行電極單元30的維護(hù)、更換等，那么電極單元30可以通過(guò)第二連接器31與第一連接器21的脫離而與容器單元20脫離。在這種情況下，由于第一連接器21和第二連接器31分別包括自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥，因此自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥通過(guò)第二連接器31與第一連接器21的脫離而被關(guān)閉。因此，即使當(dāng)電解池22支持電解溶液4時(shí)，電解溶液4也被阻止經(jīng)由第二通氣端口37進(jìn)入氣相室32中并且也被阻止經(jīng)由連通端口23從電解池22中泄漏。如果電極單元30附接至容器單元20，那么即使當(dāng)電解池22支持電解溶液4時(shí)，也可以容易地進(jìn)行電極單元30與容器單元20的附接。

圖2A和2B顯示根據(jù)第二實(shí)施方案的微生物燃料電池1。類(lèi)似于第一實(shí)施方案的情況，根據(jù)第二實(shí)施方案的微生物燃料電池1也包括電極單元30和容器單元20。電極單元30具有與第一實(shí)施方案的情況相同的配置。

根據(jù)第二實(shí)施方案的容器單元20包括：電解池22；和連通端口23，其連通電解池22的內(nèi)部與電解池22的外部，并且進(jìn)一步包括氣體通道管26。氣體通道管26被布置成使得其縱向方向與水平方向平行。氣體通道管26穿透電解池22。

在第二實(shí)施方案中，連通端口23連通電解池22的內(nèi)部與氣體通道管26。連通端口23被提供于支管27的末端部分，所述末端部分從氣體通道管26的外周表面向上凸出。連通端口23向上打開(kāi)。因此，連通端口23通過(guò)氣體通道管26連通電解池22的內(nèi)部與電解池22的外部。類(lèi)似于第一實(shí)施方案的情況，連通端口23在其中設(shè)有第一連接器21。

在第二實(shí)施方案中，類(lèi)似于第一實(shí)施方案，電極單元30被設(shè)置在容器單元20的電解池22的內(nèi)部并且進(jìn)一步第二連接器31附接至第一連接器21，從而使電極單元30附接至容器單元20。在這種狀態(tài)下，正電極33、負(fù)電極34和離子轉(zhuǎn)移層35被設(shè)置在電解池22的內(nèi)部。第一通氣端口36被設(shè)置在電解池22上方。為此，第一通氣端口36被設(shè)置電解池22的外部。

此外，氣相室32經(jīng)由第二通氣端口37與連通端口23連通。因此，氣相室32經(jīng)由第二通氣端口37和連通端口23與氣體通道管26連通。

如果例如根據(jù)第二實(shí)施方案的微生物燃料電池1被操作，那么電解溶液4首先被供應(yīng)至電解池22的內(nèi)部以被電解池22支持，所述電解池22處于其中電極單元30附接至容器單元20的狀態(tài)。

氧化氣體通過(guò)泵等被供應(yīng)至氣體通道管26。因此氧化氣體通過(guò)氣體通道管26、連通端口23和第二通氣端口37被供應(yīng)至氣相室32中，而氣相室32中的氣體通過(guò)第一通氣端口36排出至外部。

或者，同樣在第二實(shí)施方案中，氧化氣體可以通過(guò)第一通氣端口36被供應(yīng)至氣相室32中，并且氣相室32中的氣體可以通過(guò)第二通氣端口37、連通端口23和氣體通道管26排出至外部。氧化氣體可以通過(guò)泵、吹風(fēng)機(jī)等從外部被送至第一通氣端口36以通過(guò)第一通氣端口36被供應(yīng)至氣相室32中。負(fù)壓可以通過(guò)真空泵等被施加至氣體通道管26，并且因此氣相室32中的氣體可以通過(guò)第二通氣端口37和連通端口23被抽吸，并且可以相應(yīng)地使氧化氣體通過(guò)第一通氣端口36進(jìn)入氣相室32中。

正電極33和負(fù)電極34連接至外部電路。

類(lèi)似于第一實(shí)施方案的情況，當(dāng)微生物燃料電池1以這種方式被操作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電并進(jìn)行電解溶液4中的有機(jī)物質(zhì)的分解處理。

在經(jīng)受處理之后，電解溶液4通過(guò)流出管25排出至電解池22的外部。雖然微生物燃料電池1被操作，但電解溶液4可以通過(guò)流入管24被連續(xù)地供應(yīng)至電解池22，并且電解池22內(nèi)部的電解溶液4也可以通過(guò)流出管25被連續(xù)地排出。

同樣在第二實(shí)施方案中，類(lèi)似于第一實(shí)施方案，氧化氣體可以有效地用于微生物燃料電池1中的電化學(xué)反應(yīng)，并且可以改進(jìn)微生物燃料電池1的發(fā)電效率。此外同樣在第二實(shí)施方案中，如果電極單元30通過(guò)第二連接器31與第一連接器21的脫離而與容器單元20脫離，那么因?yàn)榈谝贿B接器21和第二連接器31分別包括自動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥，所以即使當(dāng)電解溶液4在電解池22的內(nèi)部被支持時(shí)，電解溶液4也被阻止經(jīng)由第二通氣端口37進(jìn)入氣相室32中并且也被阻止經(jīng)由連通端口23從電解池22中泄漏。如果電極單元30附接至容器單元20，那么即使當(dāng)電解溶液4在電解池22的內(nèi)部被支持時(shí)，也可以容易地進(jìn)行電極單元30與容器單元20的附接。

注意，上述實(shí)施方案是本發(fā)明的實(shí)施例。為此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案，并且即使在除所述實(shí)施方案以外的情況下，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)等作出各種修改，只要它們不脫離本發(fā)明的技術(shù)思路即可。