DIY mikrobiella bränsleceller! LÄTT!

Blueprint: http://goo.gl/Z3Nuf

Under våra tester såg vi ibland spikar av upp till 6 volt medan du justerar utrustningen. Vi har inte kunnat stabilisera produktionen i den utsträckning som vi har kunnat stabilisera det till cirka 220 millivolt. Jag rekommenderar att experimentera med storleken på behållarna och luftpump och elektroder ställning.

Abstract

Målet med projektet var att bygga en fungerande enkammare mikrobiella bränsleceller med en maximal effekt 300 millivolt (mV), eller 0,3 volt (V). En mikrobiella bränsleceller eller MFC, är en bränslecell som de naturligt förekommande elektrokemiska processerna av anaeroba bakterier bryter ned mat, utnyttjas för att generera elektricitet.

Den valda källan till bakterier och organisk substans i cellen var slam Hämtad från botten av Bluff Creek bakom Playa Vista Park i Los Angeles, Kalifornien. Detta valdes som den perfekta resursen för mikrobiella bränslecellen eftersom det låg i vatten, vilket ger en bra miljö för anaeroba bakterietillväxt.

Material

-2 1l plastbehållare
-Bomull rep
-Aluminium mesh
-Gem
-Koppartråd
-Alligator clips
-Eltejp
-Limpistol
-Limstift
-Aquarium luftpump
-Tejp
-Slam
-Hand spade
-Hink
-Vatten
-Salt
-Liten kruka
-Sked
-Voltmeter
-Drill pistol

Förfarande

Samla in slam från botten av en fortfarande creek eller damm i en hink. Sådan källa har antagligen massor av anaeroba bakterier.

Borra ett hål för koppartråd på locken på behållare. På en av de två locken, borra ett hål för luftpump rör och ett litet hål för ventilation (detta inte kommer vara slutna). Borra ett hål på ena sidan till behållare för salt överbryggar.

Förbereda elektroderna. Vik aluminium mesh några gånger över och bind med stora Gem. Skala ändarna av koppartråd och koppla till båda elektroderna.

Sätt tråd och luftpump kopparrör i borrade hål på locken. Försegla med varmt lim eller täta.

Förbereda salt bron. Värm vatten över spishäll och lös upp i så mycket salt som möjligt. Genom att vrida ett långt rep runt sig för att skapa ett tjockare rep. Om det behövs, skär repet till ca. 15 cm. Blötlägg rope i saltvatten. När fuktig, vira repet i ett skikt av eltejp och en silvertejp, men hålla ändarna utsatt.

Infoga varje ände av salt överbryggar in i borrade hål på sidorna av behållarna. Försegla med varmt lim eller täta och extra tejp (efter behov).

Fyll en behållare nästan till kanten med slam och den andra med vatten.

Sänk ned elektroderna i slam och vatten. Stäng locken av behållarna och se till att den över slammet är lufttät.

Anaeroba bakterier bör utsättas för som lite syre som möjligt.

Bifoga alligator clips till varje lösa änden av koppartråd. Klämma alligator klipp på voltmetern sonder. Se till att röda sonden är elektriskt kopplad till elektroden i vattnet. Svart sonden bör ansluta till elektroden nedsänkt i slammet.

Aktivera akvarium Luftpumpen.

Vrid ratten på voltmetern till 20 VDC (kan även märkas med symbolen,) för att mäta styrkan av El rör sig genom kretsen i volt. Vrid ratten till 2000m att mäta det i millivolt, en tusendel av en volt, att observera en noggrannare läsning.

Vrid ratten till 10A. Detta nummer är flödet av nuvarande mikrobiella bränslecellen genererar, mäts i ampere.

Klassa av överföringen energi som en joule per sekund, även känd som en watt, använd formeln nedan.

watt (W) = ampere (I) x volt (V)

Resultat

Resultaten var betydligt mer framgångsrik än väntat. Mikrobiella bränslecellen genererat 221 mV vid dess höjdpunkt effektivitet när den mäts med en voltmeter och ibland nådde 6 V när vi bråkade med placering av elektroder och vatten pump röret. Något särskilt intressant uppstod när luftpumpen var urkopplad, som stoppade extra syre från att strömma i hela behållaren. Det har konstaterats att den nuvarande genereras av cellen snabbt sjunkit till en låg 168 mV. Syrebristen avtog minskningen reaktionen och därmed bromsat strömmen, också.

Bakgrund

Salt bron tillåter strömmen att flöda av vätejoner i en krets. Om det inte fanns, det vore en pileup av elektroner, och nuvarande skulle sluta, gör cellen värdelös. Anoden av mikrobiella bränslecellen beror på en potential som orsakar den nuvarande att flöda, och därför oxidation reaktionen i dess kammare är också beroende av en potential. I det här fallet är elementet potentiella katoden i kammaren fyllda med syresatt vatten, eftersom det hjälper till att slutföra en reduktion reaktion i denna kammare. Oxidation och reduktion reaktioner har alltid förekomma tillsammans (kallas en redox reaktion), och i en mikrobiella bränsleceller, de är absolut nödvändigt. Elektroner som avges av en oxidation reaktion måste godtas av atomer eller joner av annan substans.

Under den första reaktionen (oxidation), som äger rum i slam-fyllda behållare på anoden, konsumerar bakterier glukos för energi och vatten. De ger då koldioxid, positiva vätejoner och elektroner. De positiva vätejonerna och elektronerna attraheras av föreningar i den andra behållaren och kommer att delta i en reduktion reaktion. Elektronerna färdas upp genom aluminium mesh och koppartråd till katod i den andra behållaren. De positiva vätejonerna ta sig över salt bron till den andra behållaren. Det är där den andra delen av redox reaktion äger rum.

Under minska reaktionen kombinera de positiva vätejonerna med elektronerna överblivna från oxidation reaktion och syre från i vattnet för att ge vatten. Redox reaktion slutar här. Livstiden för mikrobiella bränslecellen är därför begränsat livstid av bakterier inom urvalet av slam.

Salt bron kan också kallas en proton exchange membran eller PEM. Det möjliggör väte protoner avkastar bakterierna att passera.

Akvarium pump ger extra syre till reaktion ger vatten.
Eftersom bakterier inte utsätts för syre, producerar de koldioxid, protoner och elektroner i stället för koldioxid och vatten.

Slutsats

Organiskt avfall material bör vara kompatibel med mikrobiella bränslecellen. Så länge det finns en tillräckligt bra balans av bakterier och organiskt material, bör det fungera. Denna typ av cell är en relativt ny uppfinning. Första tanken av det bildades 1911, och den första konstruktionen utformades i 1977. Det finns fortfarande sätt att gå när det gäller vidareutveckling av tekniken, och personer som deltar i närliggande projekt är fortfarande osäker på om det skulle någonsin att fånga sig, med tanke på dess nuvarande skick av relativ ineffektivitet. Som någon ny utveckling är dock bara en tidsfråga innan någon kan förbättra på sin design. Då står den som ett alternativ för energiproduktion i avfallshantering växter.

Källor

http://www.Research.PSU.edu/Capabilities/Documents/MFC_QandA.pdf

http://Web.eng.FIU.edu/~licz/2012fallNanomed/Biosensors/Lecture%203-4/saltbridge.pdf

http://chemed.Chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/IONS-in-Solution-electrolytes-598.html

http://Chem.wisc.edu/deptfiles/genchem/Lab/labdocs/modules/Echem/echemsalt.htm

---VOCAL FÖRKLARING