Mikrobielle brændselsceller (MFC'er) er en anden slags brændselscelle, der udnytter kemiske reaktioner til at generere elektrisk strøm med strømmen af ​​elektroner gennem et kredsløb. Det ligner de standard brændselsceller, der indeholder de samme komponenter som anode, katode og permeabel membran. Da MFC'er er biologiske brændselsceller, kan vi vilkårligt kalde anoden og katoden henholdsvis den anaerobe (deoxygenerede) og aerob (oxygenerede) kammer. Forskellen i en biologisk brændselscelle er, at en levende mikroorganisme er anbragt i det anaerobe kammer, der gennemgår anaerob respiration, som kræver et iltrum. Elektronerne oxideres og transporteres fra det anaerobe kammer til et aerobt kammer. Protoner (H +) fremstilles og udveksles gennem den permeable membran til det aerobe kammer. Dette skaber den elektrokemiske gradient, som giver mulighed for strømmen af ​​strøm gennem ledningerne. Denne biologiske brændselscelle tjener er et billigt videnskabsprojekt, der kan laves til ung videnskabsmand.

forsyninger:

Trin 1: Materialer, der er nødvendige

· Chobani Græsk Yoghurt Vanille

· Sedimentprøve

· Glukose

· 2 Plastic Tuba-wear 1890 mL Containere

· Alligator Clips

· Voltmeter

· Carbon klud

· PVC rør

· Kaliumchlorid

· Agar

· 16 Gage kobber ledninger

· Wire cutters

· Hot Lim Gun

· 0,1 M phosphatbuffer pH ≈ 6,2

· Elektrisk tape

· DI vand eller vand fra vandet

· Kalium Ferricyanid

· Rope

Trin 2: MFC-konstruktion

Salt Bridge

Først skær 6,5 cm PVC med en hacksav. Skitse en udformning af PVC-diameteren på begge plastikbeholdere og skåret ud ved hjælp af æskeskærere. Tæt forsigtigt og forsegl den ene ende af PVC med plastfolie og tape for at forhindre lækage af den varme agaropløsning, når den hældes i PVC-røret. For at lave en saltbro skal der laves en agaropløsning. Først tilsæt 38,5 gram kaliumchlorid til en Erlenmeyer kolbe indeholdende 80 ml DI vand. Skal derefter kolben og anbringes i mikrobølgeovnen i ca. et minut. Tag det ud og hvirv for at se om alt kaliumchloridet er opløst i opløsningen (brug isolerede handsker). Tilsæt små mængder vand (≈ 5 ml) og fortsæt med at varme op i små intervaller, indtil alt saltet er opløst. Umiddelbart efter at saltet er opløst, tilsættes 5 gram agar til opløsningen og opvarm det i mikrobølgeovnen i ca. 30 sekunder. Når agaropløsningen er taget ud af mikrobølgevirvlen, hæld den derefter i PVC-røret, indtil den er næsten fuld af opløsning. Det tager ca. 30-45 minutter for opløsningen at størkne i PVC-røret. Når agaropløsningen stivner, kan den føres gennem plastikbeholderens to huller og forsegles sikkert med en varm lim for at danne vandtæt forsegling.

Aerobic & Anaerob Chamber

Dernæst tilsættes streamens sediment (≈500mL) og Chobani's yoghurt (≈907g) inde i det anaerobe kammer og blandes jævnt. Strømssedimentet og yoghurt fungerer som de organismer, som er i stand til at producere elektricitet. Da dette kræver en biologisk brændselscelle, kræver det brændstof for organismen at overleve og kontinuerligt at fremstille elektroner til konstant produktion af strøm, således anvendes 15,5 gram glucose i dette eksperiment. Fosfatbufferen blev lavet fra denne hjemmeside http: //cshprotocols.cshlp.org/. I det aerobiske kammer tilsættes 0,1 M phosphatbuffer pH ≈ 6,2 (1500 ml) og tilsættes ≈3,75 ml kaliumferricyanid til phosphatbufferen.

Elektrode & Voltmeter

Dernæst gør elektroden ved at bruge 16 gauge kobberledninger ved at strippe enderne af hver og tråde de enkelte tråde gennem carbon klud. Når elektroderne er lavet, sænk dem i begge beholdere, så de sikrer dem. Elektroderne fremmer overførslen af ​​elektroner fra det anaerobe kammer til det aerobe kammer for at frembringe elektrisk strøm. Derefter kan den anden ende af den afskårne kobbertråd fastgøres til voltmeteret. Den sorte alligator klip er fastgjort til den anaerobe kammerelektrode og den røde til den aerobic kammerelektrode, som er fastgjort til voltmeteret.

Trin 3: Resultater

De indledende spændingslæsninger de første 18 timers drift af MFC'en var mellem 0.118 og 0.196. Højspændingen 0,196 V blev nået inden for 5 timer efter start af MFC'en, så den blev reduceret og stabiliseret i løbet af de næste 13 timer fra 0,163V til 0,185V. I løbet af de næste 15 timer øges MFC-spændingen dramatisk mellem 0,466V og 0,505V. Lige før spændinger blev taget til anden runde blev ≈15,5 gram glucose tilsat til det anaerobe kammer og omrørt jævnt gennem sedimentet og yoghurt.

Tilsætningen af ​​glucose bidrog definitivt til at øge spændingsudgangen efter den første spændingsdataindsamling. I løbet af de første 18 timer steg spændingen støt i de første fem timer til max spændingen 0,196 og faldt derefter og stabiliserede omkring 0,163V til 0,185V. Tilsætningen af ​​15,5 gram glucose hjælper med at lette produktionen af ​​elektroner fra bakterierne, så det kan derefter overføres fra det anaerobe (anode) kammer til det aerobe kammer. Med hensyn til koncentrationen indeholdt kun ≈1,1% af prøveblandingen glucose, der er betydeligt lille i sammenligning med den samlede størrelse af hele prøveblandingen. Det er muligt, at hvis mere glukose blev tilsat, at MFC'en ville give højere spændinger.

Problemer

Nogle problemer, der opstod under MFC-produktion, omfattede bevægelse af saltbroen, da prøverne blev anbragt i beholderen. Et stykke reb og elektrisk tape blev placeret på hver ende af saltbroen for at undgå at glide ud af PVC-røret. Der var også en lille mængde diffusion af det anaerobe kammer til det aerobe kammer gennem saltbroen. Dette kunne have givet unøjagtige resultater, da det medførte en lille blanding af de to kamre.

Trin 4: Konklusion

MFC-konstruktionen var et unikt projekt, fordi vi havde den fri vilje til at opbygge den på nogen måde, som vi troede var bedst via forskning udført før hånden. Vi hvordan mikrober er afgørende for livet, og vi bruger nu dem til mere teknologiske fremskridt. Selvfølgelig producerede det mikrobielle brændstof, jeg producerede, i lille skala med hensyn til størrelse og spændingsproduktion, men med yderligere forskning tror jeg, at denne teknologi kan være yderst effektiv i fremtiden og hjælpe med at løse nogle af verdens energikrise.