一种从有机物回收利用电能的电路系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种从有机物回收利用电能的电路系统。它包括微生物燃料电池MCF、MOSFET管Q、电容C1、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电电池BAT，所述微生物燃料电池MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电容C2的正极，MOSFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容C1的负极和电容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样电路AD的输入端相连，所述取样电路AD的输出端连接于微控制器MCU的输入端，该微控制器MCU的输出端连接于MOSFET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之间。其实现了从有机物或者污染物中获得可用电能。
【专利说明】-种从有机物回收利用电能的电路系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保能源领域，具体涉及一种从有机物回收利用电能的电路系统。
【背景技术】：
[0002] 能源危机与环境污染已成为世界发展的两个重要限制因素。据估计，按照目前全 球的发展模式，化石能源的储备量仅能维持人类社会几十年之需。对于发展中国家而言，由 于对长期的化石能源的依赖、人口密度的增加，经济结构不合理、环保意识薄弱等因素导致 其能源和环境问题尤其严重。一方面，人类生活垃圾及工业废弃物是环境污染的重要来源； 另一方面，这些废弃物和污染物中贮存着大量的化学能。如果可以在降解这些污染物的同 时又能将其化学能回收利用将可以同时缓解能源危机和环境污染这两个重要问题。
[0003] 微生物燃料电池（MFC)理论上具有这种"变废为能"的功能。在MFC中，微生物通 过呼吸代谢活动将有机物或者污染物氧化降解，并将其中的化学能直接转换为电能。MFC 早在一个世纪前就有报道，但由于产电功率较低，一直未得到应用。近年来，由于环境污染 的持续加剧，MFC对污染物的强化降解功能受到越来越多的关注。大量的研究表明，MFC可 以促进各种污染环境（如污染河涌、土壤）的修复、废水处理、及多种污染物（如苯酚、硝基 苯、多环芳烃、多溴联苯醚等）的降解。此外，由于相关研究者对MFC材料、结构等方面的优 化，MFC的功率密度已提高了超过10 3倍。MFC发展的主要目的是实现在废水处理或生物修 复过程中的原位应用。然而，结构放大后的MFC产电密度并不能随体积增加而增加。一般 地，实验室或者放大化的MFC输出电压不超过1. 0V，电流小于100mA，功率较低且不稳定因 而不能直接用于常规的电子设备。而且，外阻常用来表征MFC的性能，MFC所产生的电能则 以热能的形式散失而未得到收集利用。如何将MFC从污染物降解中产生的电能收集并实现 实际应用是目前MFC研究的热点之一。通过MFC的串联或者并联，可以提高装置整体的功 率输出，但往往存在电极反串的问题，且在实际水体环境中易出现短路现象，而难以在实际 环境中实现应用。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的是提供一种能够从有机物回收利用电能的电路系统。
[0005] 本发明的从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，包括微生物燃料电池 MCF、M0SFET管Q、电容C1、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电电池BAT，其 中，所述微生物燃料电池MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电容C2的 正极，M0SFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容C1的负 极和电容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样电路AD 的输入端相连，所述取样电路AD的输出端连接于微控制器MCU的输入端，该微控制器MCU 的输出端连接于M0SFET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的正极和 充电电池BAT的正极之间。
[0006] 优选，所述的从有机物回收利用电能的电路系统进一步包括一防逆流的二极管D， 所述二极管D的阳极连接于MOSFET管Q的漏极和电感L之间，其阴极连接于电容C2的正 极和充电电池BAT的正极之间。
[0007] 所述的充电电池BAT可以为可充锂离子电池。
[0008] 本发明的工作原理是：在MOSFET管Q断开时，微生物燃料电池MFC产生的电能 (Vin)通过电感L并贮存于电容C2中，电容C2直接与充电电池BAT连接，并可将电能贮存 于充电电池BAT中备用；当MOSFET管Q导通时，从微生物燃料电池MFC产生的电能暂时贮 存于电容C1中；当MOSFET管Q再次断开时，电容C1和微生物燃料电池MFC产生的电能可 同时通过电感L贮存于电容C2。MOSFET管Q的导通和断开频率（占空比）可根据微生物燃 料电池MFC的实际产电能力，由一个低能耗的微控制器MCU控制。取样电路AD可监测充电 电池BAT的电压，当充电电池BAT电压介于安全电压范围（3.0-4. 2V)时，微控制器MCU控 制电路持续由微生物燃料电池MFC向充电电池BAT充电，当充电电池BAT电压超出安全电 压范围时，微控制器MCU控制电路停止工作，直至充电电池BAT电压恢复到安全工作范围。
[0009] 本发明设计了一种超低压电源管理电路并将其与微生物燃料电池MFC结合，可以 实现将对MFC产生的电能的升压并贮存于常规的充电电池BAT中，并可直接用于手机、LED、 收音机等日常生活电子设备，实现了从有机物或者污染物中获得可用电能。
【专利附图】
【附图说明】：
[0010] 图1是本发明的从有机物回收利用电能的电路系统的电路示意图；
[0011] 图2是微生物燃料电池MFC对底泥中有机物降解的促进作用。A，底泥中总有机碳 (T0C)的去除；B，烧失量（L0I)的去除；C，易氧化有机物（ROOM)的去除。
【具体实施方式】：
[0012] 以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
[0013] 实施例1 :
[0014] 构建了一个100L的微生物燃料电池MFC装置，从污染河涌取底泥50L，上覆河水 30L导入100L的桶中。将石墨板和碳毡构成的阳极埋于底泥中作为阳极，将石墨毡作为阴 极与泡沫浮板组合浮于水面，连通阳极和阴极构成MFC。经过近15天的运行，MFC的开路 电压达到0. 9V，短路电流达到12mA。对底泥中有机物进行化学分析显示，结果如图2所示， MFC中底泥有机物的浓度相对于初始值以及未实施MFC的底泥有机物浓度显著下降，表明 MFC对底泥有机物降解的显著促进作用。
[0015] 构建从有机物回收利用电能的电路系统，其包括微生物燃料电池MCF，MOSFET管 Q、电容C1、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电电池BAT(可充锂离子电 池），其中，所述微生物燃料电池MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电 容C2的正极，MOSFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容 C1的负极和电容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样 电路AD的输入端相连，所述取样电路AD的输出端连接于微控制器MCU的输入端，该微控制 器MCU的输出端连接于MOSFET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的 正极和充电电池BAT的正极之间，还包括一防逆流的二极管D，所述二极管D的阳极连接于 MOSFET管Q的漏极和电感L之间，其阴极连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之 间。使MFC产生的电能收集并被贮存于可充锂离子电池中。使用从有机物回收利用电能的 电路系统对可充锂离子电池充电24小时，电池电压从3. 2V上升至3. 33V，充电效率43 %。 锂离子子电池从MFC中获得的电能可以供一个含有30个LED等的灯板持续发光40分钟， 实现了 MFC电能的回收和实际利用。
【权利要求】
1. 一种从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，包括微生物燃料电池MCF、 MOSFET管Q、电容Cl、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电电池BAT，其中， 所述微生物燃料电池MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电容C2的正极， MOSFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容C1的负极和电 容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样电路AD的输入 端相连，所述取样电路AD的输出端连接于微控制器MCU的输入端，该微控制器MCU的输出 端连接于MOSFET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的正极和充电电 池BAT的正极之间。
2. 根据权利要求1所述的从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，所述的从 有机物回收利用电能的电路系统进一步包括一防逆流的二极管D，所述二极管D的阳极连 接于MOSFET管Q的漏极和电感L之间，其阴极连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正 极之间。
3. 根据权利要求1所述的从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，所述的充 电电池BAT为可充锂离子电池。
【文档编号】H02J7/00GK104113113SQ201410310806
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】许玫英, 杨永刚, 夏春雨, 孙国萍, 郭俊 申请人:广东省微生物研究所