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活性炭粉末を用いたカーボンベールアノード改質による微生物燃料電池スタックの性能向上
Microbial Fuel Cell stack performance enhancement through carbon veil anode modification with activated carbon powder.
PMID: 32201452 PMCID: PMC7074012. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.114475.
抄録
尿中に含まれる化学エネルギーを効率的に直接電力に抽出することで、微生物燃料電池スタックを用いて実用化可能な電力レベルに達することができ、遠隔地での分散型電源としても利用できる。ここでは、セラミックMFCスタックのカーボンファイバー足場上に粉末活性炭(PAC)を塗布した新しいタイプのアノード電極を開発し、500日間の運転期間中に優れた電気化学的性能を達成した。改良アノード（MF-CV）を装備したスタックは、21.4mW（11.9Wm）に達したコントロール（CV）と比較して、最大37.9mW（21.1Wm）の発電量を発生させ、77％の発電量増加を示しました。炭素繊維の導電性ネットワーク上に塗布された高多孔質活性炭粒子の新規な組み合わせは、同時に電極触媒活性と表面積の増加を促進し、MFCスタックからの優れた出力と高い処理率をもたらしました。本研究では、低コストで簡便な材料調製と長期運転時の優れた電気化学活性を考慮し、将来のスケールアップとオフグリッドエネルギー源としての技術実装を目的とした尿・廃棄物処理強化のための高性能MFCスタック用アノード電極触媒を提供することを目的としている。
The chemical energy contained in urine can be efficiently extracted into direct electricity by Microbial Fuel Cell stacks to reach usable power levels for practical implementation and a decentralised power source in remote locations. Herein, a novel type of the anode electrode was developed using powdered activated carbon (PAC) applied onto the carbon fibre scaffold in the ceramic MFC stack to achieve superior electrochemical performance during 500 days of operation. The stack equipped with modified anodes (MF-CV) produced up to 37.9 mW (21.1 W m) in comparison to the control (CV) that reached 21.4 mW (11.9 W m) showing 77% increase in power production. The novel combination of highly porous activated carbon particles applied onto the conductive network of carbon fibres promoted simultaneously electrocatalytic activity and increased surface area, resulting in excellent power output from the MFC stack as well as higher treatment rate. Considering the low cost and simplicity of the material preparation, as well as the outstanding electrochemical activity during long term operation, the resulting modification provides a promising anode electrocatalyst for high-performance MFC stacks to enhance urine and waste treatment for the purpose of future scale-up and technology implementation as an applied off-grid energy source.
© 2020 The Authors.