一種采用石墨片做電極的新型土壤微生物燃料電池系統(tǒng)及其應(yīng)用方法與流程

本發(fā)明屬于微生物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用石墨片做電極的新型土壤微生物燃料電池系統(tǒng)及其應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境保護(hù)與能源需求是當(dāng)今社會(huì)比較關(guān)心的兩大熱點(diǎn)問(wèn)題。能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但能源開(kāi)發(fā)利用造成的環(huán)境污染是導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重的主要原因。但近年來(lái),出現(xiàn)了利用土壤或污水中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟愋枰碾娔艿娜剂想姵?，土壤微生物燃料電池是利用土壤中微生物?duì)土壤中有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行分解，如化肥中的尿素、動(dòng)植物的殘留物、腐殖質(zhì)等，再利用埋在土壤中涂布有石墨烯的石墨片進(jìn)行導(dǎo)電,利用導(dǎo)線傳輸電流，從而產(chǎn)生輸出功率，使照明燈發(fā)光。

微生物燃料電池輸出功率小，不足以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，因此產(chǎn)生的電能要先經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)和直流變換后再提供給負(fù)載。電能采集使用控制器，存儲(chǔ)的電能作為升壓元件的啟動(dòng)電壓；儲(chǔ)能元件采用超級(jí)電容，它的放電能力強(qiáng)，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在于提供一種采用石墨片做電極的土壤微生物燃料電池及其應(yīng)用，操作方便、成本低廉，有較高的實(shí)用價(jià)值，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求不高，保護(hù)環(huán)境。經(jīng)石墨烯涂布的石墨片有效地提高了石墨片的導(dǎo)電性能，且石墨片質(zhì)軟、易于加工，是良好的電極材料，有利于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種采用石墨片做電極的新型土壤微生物燃料電池系統(tǒng)，主要由控制器（51型單片機(jī)開(kāi)發(fā)板）、附錫銅導(dǎo)線、聚乙烯塑料蓋、石墨片、光敏電阻模塊（xh-m131）和植物照明燈組成；所述控制器內(nèi)含蓄能器，所述石墨片涂有石墨烯，所述附錫銅導(dǎo)線為絕緣導(dǎo)線；其特征在于：所述聚乙烯塑料蓋上有小孔，放置在石墨片上端，石墨片通過(guò)聚乙烯塑料蓋上的小孔用附錫銅導(dǎo)線連接控制器，控制器通過(guò)另一根附錫銅導(dǎo)線和光感控制器連接，光感控制器和植物照明燈連接，在所述聚乙烯塑料蓋和石墨片接觸的縫隙處用ab膠密封。

進(jìn)一步的，所述石墨片，長(zhǎng)度為10-500mm之間，寬度為長(zhǎng)度5-100mm，厚度為5-10mm，每100mg石墨烯可以涂布2㎡石墨片。

進(jìn)一步的，所述控制器里面有電荷泵，將陽(yáng)極收集電子儲(chǔ)存起來(lái)；再經(jīng)控制系統(tǒng)放電，點(diǎn)亮植物生長(zhǎng)燈。

進(jìn)一步的，所述控制器可以人為控制，也可以由光傳感器自動(dòng)控制，在光線差的時(shí)候點(diǎn)亮補(bǔ)光燈或者土壤傳感器。

一種采用石墨片做電極的新型土壤微生物燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用方法，其特征在于：方法步驟如下：

（1）取石墨烯100㎎，加150ul粘合劑以及600ul去離子水，超聲30min；再用處理好的石墨烯對(duì)石墨片進(jìn)行涂布，約每100mg石墨烯可以涂布2㎡石墨片；通風(fēng)干燥24h后即可組裝到土壤微生物燃料電池中作陽(yáng)極；

（2）將銅導(dǎo)線從長(zhǎng)方形的聚乙烯塑料蓋頂部小孔中插入，并將塑料蓋蓋住石墨片，使銅線與石墨片緊密接觸，在塑料蓋和石墨片接觸的縫隙處，使用ab膠密封，以防止與石墨片接觸處的銅線腐蝕，而暴露于土壤中的銅線部分將使用錫包銅以防氧化銹蝕；

（3）將石墨片埋置于表面平整、內(nèi)部沒(méi)有石塊等雜物的濕潤(rùn)土壤中，使陽(yáng)極石墨片的裸露部分全部位于土壤表層以下，所述陽(yáng)極石墨片固定于土壤中；

（4）將連接石墨片的銅導(dǎo)線的另一端連接控制器，控制器內(nèi)含儲(chǔ)能器，并將控制器固定于土壤表層；

（5）將位于土壤表面的控制器的另一端與植物照明燈用一條銅導(dǎo)線進(jìn)行連接。打開(kāi)控制器上開(kāi)關(guān)時(shí)，儲(chǔ)能器可提供電能使植物照明燈發(fā)光。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）本裝置使用石墨片作電極，而石墨片價(jià)格低廉、原料易得，且其質(zhì)軟，易加工，是良好的電極材料；

（2）裝置中考慮到了埋在土壤中的銅易被腐蝕的問(wèn)題，并采用了錫包銅及聚乙烯塑料蓋等材料來(lái)防止銅的氧化銹蝕；

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)無(wú)土栽培或者花卉培養(yǎng)，農(nóng)業(yè)大棚與溫室，或者小型家庭盆栽。石墨片和石墨烯對(duì)土壤無(wú)毒副作用，產(chǎn)品商業(yè)化程度高，成本低，設(shè)備運(yùn)行可靠穩(wěn)定，儲(chǔ)能器可多長(zhǎng)期充放電。能夠提高農(nóng)業(yè)技術(shù)自動(dòng)化進(jìn)程和高效農(nóng)業(yè)發(fā)展。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的裝置示意圖。

在圖中，1-控制器，2-附錫銅導(dǎo)線，3-聚乙烯塑料蓋，4-石墨片，5-附錫銅導(dǎo)線，6-光感控制器，7-植物照明燈。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種采用石墨片做電極的新型土壤微生物燃料電池系統(tǒng)，主要由控制器1、附錫銅導(dǎo)線、聚乙烯塑料蓋3、石墨片4、光感控制器6和植物照明燈7組成；所述控制器1內(nèi)含蓄能器，所述石墨片4涂有石墨烯，所述附錫銅導(dǎo)線為絕緣導(dǎo)線；其特征在于：所述聚乙烯塑料蓋3上有小孔，放置在石墨片4上端，石墨片4通過(guò)聚乙烯塑料蓋3上的小孔用附錫銅導(dǎo)線2連接控制器1，控制器1通過(guò)另一根附錫銅導(dǎo)線5和光感控制器6連接，光感控制器6和植物照明燈7連接，在所述聚乙烯塑料蓋和石墨片接觸的縫隙處用ab膠密封。

下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但需要說(shuō)明的是實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明要求保護(hù)范圍的限定。

1．取石墨烯100㎎，加150ul粘合劑以及600ul去離子水，超聲30min。用制好的石墨烯對(duì)石墨片進(jìn)行涂布，約每100mg石墨烯可以涂布2㎡石墨片，石墨片可以由很多小石墨片串聯(lián)起來(lái)。通風(fēng)干燥24h后即可組裝到土壤微生物燃料電池中作陽(yáng)極；

2．將銅導(dǎo)線從長(zhǎng)方形的聚乙烯塑料蓋頂部小孔中插入，并將塑料蓋蓋住石墨片，使銅線與石墨片緊密接觸，在塑料蓋和石墨片接觸的縫隙處，使用ab膠密封，以防止與石墨片接觸處的銅線腐蝕，而暴露于土壤中的銅線部分將使用錫包銅以防氧化銹蝕；

3.將石墨片埋置于表面平整、內(nèi)部沒(méi)有石塊等雜物的濕潤(rùn)土壤中，使陽(yáng)極石墨片的裸露部分全部位于土壤表層以下，所述陽(yáng)極石墨片固定于土壤中；

4．將連接石墨片的銅導(dǎo)線的另一端連接控制器（內(nèi)含儲(chǔ)能器），并將控制器固定于土壤表層；

5.將位于土壤表面的控制器的另一端與植物照明燈用一條銅導(dǎo)線進(jìn)行連接，并在線路中安裝一個(gè)光感控制器。通過(guò)光感控制器對(duì)光線的感知，在陰天或夜晚時(shí)，儲(chǔ)能器將自動(dòng)提供電能使植物照明燈發(fā)光。

實(shí)施例

1．取石墨烯100㎎，加150ul粘合劑以及600ul去離子水，超聲30min。用制好的石墨烯對(duì)石墨片進(jìn)行涂布，約每100mg石墨烯可以涂布2㎡石墨片。石墨片規(guī)格為100mm*50mm*4mm,小石墨片可以串聯(lián)起來(lái)，每套系統(tǒng)陽(yáng)極表面積為2㎡通風(fēng)干燥24h后即可組裝到土壤微生物燃料電池中作陽(yáng)極；

2．將銅導(dǎo)線從長(zhǎng)方形的聚乙烯塑料蓋頂部小孔中插入，并將塑料蓋蓋住石墨片，使銅線與石墨片緊密接觸，在塑料蓋和石墨片接觸的縫隙處，使用ab膠密封，以防止與石墨片接觸處的銅線腐蝕，而暴露于土壤中的銅線部分將使用錫包銅以防氧化銹蝕；

3.將石墨片埋置于表面平整、內(nèi)部沒(méi)有石塊等雜物的濕潤(rùn)土壤中，使陽(yáng)極石墨片的裸露部分全部位于土壤表層以下，所述陽(yáng)極石墨片固定于土壤中；

4．將連接石墨片的銅導(dǎo)線的另一端連接控制器（內(nèi)含儲(chǔ)能器），并將控制器固定于土壤表層；

5.將位于土壤表面的控制器的另一端與植物照明燈用一條銅導(dǎo)線進(jìn)行連接，并在線路中安裝一個(gè)光感控制器。通過(guò)光感控制器對(duì)光線的感知，在陰天或夜晚時(shí)，儲(chǔ)能器將自動(dòng)提供電能使植物照明燈發(fā)光。