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Biobrandstofcel

EIN Biobrennstoffzelle entweder MFC (mikrobielle Brennstoffzelle) ist a Brennstoffzelle in welchem Mikroorganismen durch Zersetzung organischer Materialien Elektronen liefern und auf diese Weise a Potenzieller unterschied erregen. Auf diese Weise kann eine Biobrennstoffzelle als Batterie fungieren.

Biobrennstoffzellen befinden sich derzeit noch im Versuchsstadium. Obwohl das Funktionsprinzip einer solchen Zelle bereits experimentell nachgewiesen wurde, wird nach Wegen gesucht, Stromdichte erhöhen. Dies ist möglich, indem der Elektronentransfer von der Lösung zur Elektrode mittels poröser Elektroden mit optimaler Katalysator an der Oberfläche. Außerdem kann die Elektronenextraktion aus dem Brennstoff durch die Suche nach einem geeigneten Mediator und a Bakterienkultur was auf lange Sicht eine hohe und stabile Stromdichte bietet.

Operation

Eine Biobrennstoffzelle ist eine Brennstoffzelle, in der Mikroorganismen, wie z Bakterien, liegt in den anaerobAnodenfach gelegen.[1]Dieses anodische Fach ist vom kathodisches Kompartiment durch eine Semipermeable Membran. Das Zimmer der Kathode ist vollständig mit Wasser gefüllt und steht oben in Kontakt mit der Luft (und damit auch mit Sauerstoff). Die Kathode selbst ist so montiert, dass sie mit Wasser und mit Luft in Kontakt steht.

Die Mikroorganismen oxidieren organische Stoffe als Brennstoff. Bei diesem Aufschlussprozess werden die entstehenden Elektronen jedoch an a Vermittler gespendet statt direkt an Sauerstoffgas aus der Luft (daher wird die Anodenkammer für einen optimalen Betrieb luftdicht gemacht). Das reduziert Mediator ist an die Anode oxidiert, wodurch die vom Mikroorganismus abgegebenen Elektronen wieder freigesetzt werden. Diese Elektronen wiederum oxidieren Sauerstoff an der Kathode im kathodischen Fach. Die an der Anode erzeugten Elektronen bewirken einen Ladungsaufbau und die Entstehung einer Potentialdifferenz. Wenn diese Elektronen durch eine externe Kette geleitet werden, wird ein kleiner elektrischer Strom.

Ein Beispiel für die Verbrennung von Zucker durch die Mikroorganismen ist:

C12huh22Ö11 13H2O → 12CO2 48H 48−

Die bei dieser Reaktion freigesetzten 48 Elektronen liefern die Potentialdifferenz. Diese Potentialdifferenz erreicht ein Maximum, wenn die Mikroorganismen im Anodenraum gesättigt sind und hängt von der Konfiguration der Zelle ab.[2]

Der Einsatz von Mediatoren

Mediatoren werden verwendet, um die Stromdichte von Biobrennstoffzellen zu erhöhen. Solche Verbindungen bestehen aus Redox-Paare die durch die vorhandenen Mikroorganismen um ein Vielfaches reduziert und anschließend an der Anode schnell oxidiert werden kann. Darüber hinaus haben diese Mediatoren das beste High Klemmpotential, wegen der Leistungsfähigkeit der Zelle und sie dürfen auch für die verwendeten Mikroorganismen nicht toxisch sein. Aus diesem Grund werden häufig Produkte verwendet, die auch im Stoffwechsel von Bakterien vorkommen und sowohl anorganischen Ursprungs (Mangan- und Eisenoxide) als auch organischen Ursprungs (Farbstoffe und Huminsäuren) sein.

Da in einer Lösung vorhandene Stoffe schneller oxidieren als feste oder gasförmige Stoffe, werden auch im kathodischen Raum der Brennstoffzelle Produkte verwendet, die an der Luft schnell oxidieren. Ein Beispiel für ein solches Redoxpaar ist Hexacyanoferrat (Fe(CN)63− / Fe(CN)64−).

Siehe auch

Verweise

  1. ↑Rabai, K., W. Verstraete, (2005). Mikrobielle Brennstoffzellen: neuartige Biotechnologie zur Energiegewinnung. Trends Biotechnologie 23 (6): 291–298. PMID: 15922081. DOI: 10.1016/j.tibtech.2005.04.008.
  2. ↑ (2004). Geobacter sulfurreducens kann mit Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor wachsen. Gesellschaft 70: 2525--2528. DOI: 10.1128/AEM.70.4.2525-2528.2004.