Проточний мікробний паливний елемент

Проточний мікробний паливний елемент, який містить корпус, заповнений гранулами активовано 3 мікроорганізми, та стержні анода; катодний простір - декілька катодів, які знаходяться всередині анодного простору. Під катодом МПЕ ми розуміємо стержень електрода, який знаходиться в католіті та оточений протонопроникною мембраною. Кількість стержнів катодів та анодів повинна бути однаковою. Як матеріал для анодного простору використовується: для гранул - пористий графіт, для стержня аноду - нержавіючу сталь, а матеріалом для стержня катоду є скловуглець або графіт. Мембрана має під собою жорсткий пористий каркас, який виконаний з інертного до компонентів католіту матеріалу. Каркас необхідний для того, щоб мембрана тримала форму, так як сама по собі вона має нежорстку структуру. Можна використовувати мембрани, які мають жорстку структуру, але вони є набагато дорожчими, тобто їх використання є економічно недоцільним. Стічна вода подається до МПЕ знизу за допомогою компресора, крізь спеціальні отвори, а очищена стічна вода відводиться через спеціальний отвір збоку у верхній частині МПЕ. Зверху приладу знаходиться отвір для відведення газів, продуктів життєдіяльності мікроорганізмів. Так як катоди у нас є кисневими, то для ефективної їх роботи крізь спеціальні отвори у нижній частині катодної камери компресором подається повітря, для барботування католіту. Залишки повітря виходять зверху катодної камери крізь спеціальні отвори. Заявлений пристрій відрізняється від аналогів тим, що катодів декілька і вони знаходяться всередині одного анодного простору. Використання декількох катодів веде до збільшення виходу електричної енергії, здешевлення пристрою за рахунок використання одної анодної камери. Збільшення виходу електричного струму відбувається за рахунок того, що окремі замкнені пари анодкатод далі з'єднуються паралельно і в результаті утворюються декілька паралельних блоків МПЕ в одному анодному просторі. Якщо необхідно збільшити напругу на виході, то окремі замкнені пари анод-катод з'єднують послідовно, в результаті чого утворюються декілька послідовних блоків МПЕ в одному анодному просторі. До того ж, за рахунок використання декількох катодів, оптимізується робота МПЕ завдяки зменшення дифузійних та омічних втрат. Така структура проточного МПЕ приводить до покращення електрохімічних показників, таких як, напруга, сила та густина електричного струму. 56084 4 Як продуценти електронів використовують наступні чисті культури сульфатредукуючих мікроорганізмів: Shewanella putrefaciens, Geobacter sulfurreducens, Rhodoferax ferrieducens, а також асоціації мікроорганізмів у вигляді активного мулу. Схематично заявлений пристрій зображений на фігурі 1. На фігурі 1а зображено повздовжній розріз заявленого пристрою, у якому окремі пари анодкатод з’єднані паралельно: 1 - анодний простір (гранули з пористого матеріалу на яких іммобілізовані мікроорганізми); 2 - стержень анода; 3 - стержень катода; 4 - католіт; 5 - жорсткий пористий каркас; 6 - протонопроникна мембрана; 7 - входи для стічної води, яка поступає у МПЕ знизу; 8 виходи для очищеної стічної води, яка виходить у верхній частині МПЕ; 9 - входи для повітря, яке поступає у катодний простір, під дією компресора; 10 - отвір для відводу газів - продуктів метаболізму мікроорганізмів; 11 - виходи для повітря, яке пройшло крізь катодну камеру. На фігурі 1б зображено поперечний розріз заявленого пристрою: 1 - анодний простір; 2 - стержень анода; 3 - стержень катода; 4 - католіт; 5 жорсткий пористий каркас; 6 - протонопроникна мембрана. Заявлений проточний мікробний паливний елемент ефективніший ніж аналоги тому, що за рахунок паралельного з’єднання блоків МПЕ на виході ми отримуємо більшу силу струму ніж від одного блоку МПЕ. Це збільшення виникає за рахунок додавання сил струмів, які отримані з кожної замкненої пари анод-катод. Так сумарна сила струму при паралельному з'єднанні двох окремих пар анод-катод складає для заявленого пристрою 60 А/м3. У той час як максимальна сила струму пристрою-аналога складає 27 А/м3. До того ж заявлений пристрій дає в результаті послідовного підключення підвищення значення питомої напруги на елементі. Так сумарна питома напруга при послідовному з’єднанні двох окремих пар анодкатод складає для заявленого пристрою 1,0 В. Максимальна напруга яку дає аналог складає 0,5 В. Таким чином використання заявленого пристрою з даною конфігурацією є вигідним та економічно доцільним, так як за рахунок вдосконаленої конструкції одержується підвищений вихід електрохімічних показників. 5 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 56084 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601