เซลล์เชื้อเพลิงแบบจุลินทรีย์ (MFC's) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงชนิดต่าง ๆ ที่ใช้ปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าด้วยการไหลของอิเล็กตรอนผ่านวงจร มันคล้ายกับเซลล์เชื้อเพลิงมาตรฐานที่มีส่วนประกอบเดียวกันเช่นขั้วบวกแคโทดและเมมเบรนที่ดูดซึมได้ เนื่องจาก MFC เป็นเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพเราจึงสามารถตั้งชื่อแอโนดและแคโทดที่ห้องแอนนาโรบิค (deoxygenated) และแอโรบิก (ออกซิเจน) ตามอำเภอใจตามลำดับ ความแตกต่างในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพคือจุลินทรีย์ที่มีชีวิตอยู่ในห้องแอนนาโรบิคที่ผ่านการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งต้องใช้ออกซิเจนเป็นโมฆะ อิเล็กตรอนจะถูกออกซิไดซ์และขนส่งจากห้องแอนแอโรบิกไปยังห้องแอโรบิก โปรตอน (H +) ผลิตและแลกเปลี่ยนผ่านเยื่อหุ้มที่ดูดซึมได้ไปยังห้องแอโรบิค สิ่งนี้สร้างการไล่ระดับสีด้วยไฟฟ้าเคมีที่ช่วยให้การไหลของกระแสผ่านสายไฟ เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพนี้ทำหน้าที่เป็นโครงการวิทยาศาสตร์ราคาไม่แพงที่สามารถสร้างขึ้นเพื่อนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่

วัสดุ:

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุที่ต้องการ

· Chobani วานิลลากรีกโยเกิร์ต

·ตัวอย่างตะกอน

·กลูโคส

·พลาสติกทูบา - ทูเดย์ 1890 มล

·คลิปจระเข้

·โวลต์มิเตอร์

·ผ้าคาร์บอน

·ท่อพีวีซี

· โพแทสเซียมคลอไรด์

·วุ้น

· 16 สายทองแดงประกัน

·เครื่องตัดลวด

·ปืนกาวร้อน

· 0.1 M ฟอสเฟตบัฟเฟอร์pH≈6.2

·เทปไฟฟ้า

·น้ำ DI หรือน้ำประปา

·โพแทสเซียมเฟอริยาไซด์

· เชือก

ขั้นตอนที่ 2: การก่อสร้าง MFC

สะพานเกลือ

ตัด PVC ครั้งแรก 6.5 ซม. พร้อมเลื่อยตัดเหล็ก ร่างโครงร่างของเส้นผ่านศูนย์กลาง PVC บนภาชนะพลาสติกทั้งสองแล้วตัดออกโดยใช้ที่ตัดกล่อง ห่อและปิดผนึกปลายด้านหนึ่งของ PVC อย่างแน่นหนาด้วยแผ่นพลาสติกและเทปเพื่อป้องกันการรั่วไหลของสารละลายวุ้นร้อนเมื่อเทลงในท่อ PVC ในการสร้างสะพานเกลือจำเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาวุ้น ขั้นแรกให้เพิ่มโพแทสเซียมคลอไรด์ 38.5 กรัมในขวด Erlenmeyer ที่มีน้ำ DI 80 มิลลิลิตร จากนั้นหมุนขวดและวางในไมโครเวฟประมาณหนึ่งนาที นำออกมาหมุนวนเพื่อดูว่าโพแทสเซียมคลอไรด์ทั้งหมดละลายในสารละลายหรือไม่ (สวมถุงมือที่มีฉนวน) เพิ่มน้ำปริมาณเล็กน้อย (≈5mL) และให้ความร้อนขึ้นเป็นระยะ ๆ จนกว่าเกลือจะละลายหมด ทันทีหลังจากที่เกลือละลายให้เติมวุ้น 5 กรัมลงในสารละลายแล้วอุ่นในไมโครเวฟประมาณ 30 วินาที เมื่อนำสารละลายวุ้นออกจากไมโครเวฟหมุนวนแล้วเทลงในท่อพีวีซีจนเกือบจะเต็มไปด้วยสารละลาย ใช้เวลาประมาณ 30-45 นาทีในการแก้ปัญหาเพื่อทำให้แข็งตัวในท่อพีวีซี เมื่อสารละลายวุ้นแข็งตัวมันสามารถป้อนผ่านรูทั้งสองของบรรจุภัณฑ์พลาสติกและปิดผนึกอย่างแน่นหนาด้วยกาวร้อนเพื่อให้ผนึกแน่นกับน้ำ

ห้องแอโรบิค & แอนาโรบิค

จากนั้นเพิ่มตะกอนสตรีม (≈500mL) และโยเกิร์ตของ Chobani (≈907g) ภายในห้องแอนนาโรบิคและผสมให้เข้ากัน ตะกอนของกระแสและโยเกิร์ตทำหน้าที่เป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพนี้ต้องการเชื้อเพลิงสำหรับสิ่งมีชีวิตเพื่อความอยู่รอดและต่อเนื่องในการผลิตอิเล็กตรอนสำหรับการผลิตกระแสคงที่ดังนั้นจึงใช้กลูโคส 15.5 กรัมในการทดลองนี้ บัฟเฟอร์ฟอสเฟตทำจากเว็บไซต์นี้ http: //cshprotocols.cshlp.org/ ในห้องแอโรบิกเพิ่ม 0.1M Phosphate Buffer pH≈6.2 (1500mL) และเพิ่ม pot3.75mL ของโพแทสเซียมเฟอร์ริไซยาไนด์ในบัฟเฟอร์ฟอสเฟต

อิเล็กโทรดและโวลต์มิเตอร์

ถัดไปทำอิเล็กโทรดโดยใช้สายทองแดงวัด 16 โดยการลอกปลายของแต่ละและเกลียวแต่ละเส้นผ่านผ้าคาร์บอน เมื่อขั้วไฟฟ้าถูกจุ่มลงในภาชนะทั้งสองทำให้แน่ใจว่าพวกเขาแช่ อิเล็กโทรดส่งเสริมการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากห้องแอนแอโรบิกไปยังห้องแอโรบิกเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า จากนั้นปลายอีกด้านของลวดทองแดงที่ถูกปล้นสามารถต่อกับโวลต์มิเตอร์ได้ คลิปจระเข้สีดำติดอยู่กับขั้วอิเล็กโทรดแบบไม่ใช้ออกซิเจนและสีแดงไปยังขั้วอิเล็กโทรดแบบแอโรบิกซึ่งติดอยู่กับโวลต์มิเตอร์

ขั้นตอนที่ 3: ผลลัพธ์

แรงดันเริ่มต้นที่อ่านค่า 18 ชั่วโมงแรกของการเรียกใช้ MFC อยู่ระหว่าง 0.118 ถึง 0.196 แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 0.196 V ภายใน 5 ชั่วโมงหลังจากเริ่ม MFC แล้วลดลงและเสถียรในอีก 13 ชั่วโมงถัดไปจาก 0.163V เป็น 0.185V ในช่วง 15 ชั่วโมงถัดไปรันแรงดันไฟฟ้า MFC เพิ่มขึ้นอย่างมากระหว่าง 0.466V ถึง 0.505V ก่อนที่แรงดันไฟฟ้าจะถูกนำไปใช้สำหรับการดำเนินงานที่สอง≈15.5กรัมของน้ำตาลกลูโคสถูกเพิ่มเข้าไปในห้องแบบไม่ใช้ออกซิเจนและกวนอย่างสม่ำเสมอทั่วตะกอนและโยเกิร์ต

การเติมกลูโคสอย่างแน่นอนช่วยเพิ่มแรงดันเอาต์พุตหลังจากรวบรวมข้อมูลแรงดันไฟฟ้าครั้งแรก ในช่วง 18 ชั่วโมงแรกแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงห้าชั่วโมงแรกถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 0.196 จากนั้นก็ลดลงและมีเสถียรภาพประมาณ 0.163V ถึง 0.185V การเติมกลูโคส 15.5 กรัมช่วยในการผลิตอิเล็กตรอนจากแบคทีเรียจึงสามารถถ่ายโอนจากห้องแอนแอโรบิก (แอโนด) ไปยังห้องแอโรบิก ในแง่ของความเข้มข้นเพียง.11.1% ของส่วนผสมตัวอย่างมีกลูโคสซึ่งมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับขนาดโดยรวมของตัวอย่างทั้งหมด มีความเป็นไปได้ว่าหากมีการเติมกลูโคสมากขึ้นว่า MFC จะให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า

ปัญหาที่เกิดขึ้น

ปัญหาบางอย่างที่พบระหว่างการผลิต MFC นั้นรวมถึงการเคลื่อนที่ของสะพานเกลือเมื่อตัวอย่างถูกวางลงในภาชนะ เชือกและเทปไฟฟ้าวางอยู่ที่ปลายสะพานเกลือเพื่อช่วยป้องกันไม่ให้มันหลุดออกจากท่อพีวีซี นอกจากนี้ยังมีการแพร่กระจายของห้องแอนแอโรบิคเล็กน้อยไปยังห้องแอโรบิกผ่านสะพานเกลือ สิ่งนี้อาจให้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องเนื่องจากทำให้เกิดการผสมกันระหว่างสองห้อง

ขั้นตอนที่ 4: สรุป

การก่อสร้าง MFC เป็นโครงการพิเศษที่เรามีอิสระที่จะสร้างมันในแบบที่เราคิดว่าดีที่สุดผ่านการวิจัยที่ดำเนินการมาก่อน เรามีความสำคัญต่อจุลินทรีย์อย่างไรต่อชีวิตและตอนนี้เราใช้ประโยชน์เหล่านี้เพื่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากขึ้น เห็นได้ชัดว่าเชื้อเพลิงจุลินทรีย์ที่ฉันผลิตมีขนาดเล็กในแง่ของการผลิตขนาดและแรงดันไฟฟ้า แต่จากการวิจัยเพิ่มเติมฉันเชื่อว่าเทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพสูงในอนาคตและช่วยแก้ปัญหาวิกฤตพลังงานของโลก