نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

افزایش کارایی پیل سوختی میکروبی رسوبی با بهینه سازی الکترودهای مبتنی بر پایه‌ی کربنی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
حسین دریس عبدالله پور 1
مصطفی رحیم نژاد 1
مهرداد مشکور 1
سانگ اون اوه 2
1 مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران
2 مهندسی شیمی - بیوتکنولوژی، دانشگاه کانگونگ کره جنوبی
چکیده
در این مطالعه، ابتدا مقدار بهینه رنگ گرافیت لایه‌نشانی شده و رنگ کربن سیاه با کربن فعال در حضور اتصال‌دهنده بر روی سطح مش استیل ضد زنگ، به ترتیب، ۸۸/۸ و ۲۰ میلی‌گرم بر سانتی متر مربع، طبق طیف‌سنجی امپدانس در محلول بافر فسفات تعیین شد. سپس این الکترودها، در کنار صفحات گرافیت و مش استیل لایه‌نشانی شده با رنگ گرافیت بدون استفاده از اتصال‌دهنده، با چگالی سطحی ۰/۳ ± ۱ میلی‌گرم بر سانتی متر مربع، به‌عنوان الکترودهای آند و کاتد در پیل سوختی میکروبی رسوبی مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج حاصل از منحنی‌های پلاریزاسیون و امپدانس نشان داد که استفاده از مش استیل لایه‌نشانی شده با پودر گرافیت در حضور اتصال‌دهنده به‌عنوان الکترود آند و مش استیل لایه‌نشانی شده با کربن سیاه بدون اتصال‌دهنده، موجب افزایش توان خروجی به میزان ۲۹۱ میلی‌وات بر مترمربع و جریان خروجی به میزان ۱۱۰۲ میلی‌آمپر بر مترمربع شده و مقاومت داخلی پیل را تقلیل می‌دهد. این نتایج اهمیت طراحی مناسب الکترود در افزایش کارایی پیل‌های سوختی میکروبی رسوبی را تأیید می‌کند..
کلیدواژه‌ها
پیل سوختی میکروبی رسوبی
مقاومت درونی
امپدانس
بهینه سازی الکترود
دانسیته توان.

موضوعات

[1] Zabihollahpoor A., Rahimnejad M., Sediment Microbial Fuel Cell (SMFCs), Biological Fuel Cells, Elsevier,  439-461 (2023).
[2] Ahmed R., Mir F., Banerjee S., A Review on Energy Harvesting Approaches for Renewable Energies from Ambient Vibrations and Acoustic Waves Using Piezoelectricity, Smart Materials and Structures, 26(8): (2017).
[3] Domínguez-Garay A., Berná A., Ortiz-Bernad I., Esteve-Núñez A., Silica Colloid Formation Enhances Performance of Sediment Microbial Fuel Cells in a Low Conductivity Soil, Environmental science & technology, 47(4): 2117-2122 (2013).
[4] Donovan C., Dewan A., Peng H., Heo D., Beyenal H., Power Management System for a 2.5 W Remote Sensor Powered by a Sediment Microbial Fuel Cell, Journal of Power Sources, 196(3): 1171-1177 (2011).
[5] Xu C., Zhang J., Wang A., Liu W., Xu Y., Zhang G., Wang S., Impact of Sediment Microbial Fuel Cells on the Distribution of Different Forms of Phosphorus in Lake Sediment and Water, Environmental Technology, 1-12 (2025).
[6] Zhang Y., Min B., Huang L., Angelidaki I., Generation of Electricity and Analysis of Microbial Communities in Wheat Straw Biomass-Powered Microbial Fuel Cells, Applied and environmental microbiology, 75(11): 3389-3395 (2009).
[7] Li X., Qi J., Zhang J., Zhang Q., Lin Q., Li X., Yu J., In Situ Restoration of River Sediment by Sediment Microbial Fuel Cells Enhanced with Ecological Floating Islands, Journal of Soils and Sediments, 1-18 (2025).
[8] Dutta A., Barbora L., Stom D., Goswami P., Improving Power Performance of Sediment Microbial Fuel Cell Through Water Lettuce (Pistia Stratiotes) Assisted Boosting of Cathodic Activity, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 215: 115565 (2025).
[9] Abbas S.Z., Rafatullah M., Ismail N., Syakir M.I., Removal of Metals (Chromium and Copper) and Power Generation Through Sediment Microbial Fuel Cell, Int J Env Tech Sci, 2: 56-60 (2016).
[10] Cai Y., Yang N., Ren Y., Li X., Shi Y., Zhu R., Wang X., Effect of Graphite Fibers on the Performance of Sediment Microbial Fuel Cell, Environmental Progress & Sustainable Energy, 35(3): 876-881 (2016).
[11] Xu J.-Y., Xu H., Yang X.-L., Singh R.P., Li T., Wu Y., Song H.-L., Simultaneous Bioelectricity Generation and Pollutants Removal of Sediment Microbial Fuel Cell Combined with Submerged Macrophyte, international journal of hydrogen energy, 46(20): 11378-11388 (2021).
[12] Tavakolian M., Taleghani H.G., Khorshidian M., New Design of Benthic Microbial Fuel Cell for Bioelectricity Generation: Comparative Study, International Journal of Hydrogen Energy, 45(43): 23533-23542 (2020).
[13] Yellappa M., Modestra J.A., Reddy Y.R., Mohan S.V., Functionalized Conductive Activated Carbon-Polyaniline Composite Anode for Augmented Energy Recovery in Microbial Fuel Cells, Bioresource Technology, 320: 124340 (2021).
[14] Masoudi M., Rahimnejad M., Mashkour M., Fabrication of Anode Electrode by a Novel Acrylic Based Graphite Paint on Stainless Steel Mesh and Investigating Biofilm Effect on Electrochemical Behavior of Anode in a Single Chamber Microbial Fuel Cell, Electrochimica Acta, 344: 136168 (2020).
[15] Bi Y., Pei J., Chen Z., Zhang L., Li R., Hu D., Preparation and Characterization of Luminescent Road-Marking Paint, International Journal of Pavement Research and Technology, 14: 252-258 (2021).
[16] Logan B.E., Hamelers B., Rozendal R., Schröder U., Keller J., Freguia S., Aelterman P., Verstraete W., Rabaey K., Microbial Fuel Cells: Methodology and Technology, Environmental science & technology, 40(17): 5181-5192 (2006).
[17] Karra U., Muto E., Umaz R., Kölln M., Santoro C., Wang L., Li B., Performance Evaluation of Activated Carbon-Based Electrodes with Novel Power Management System for Long-Term Benthic Microbial Fuel Cells, International Journal of Hydrogen Energy, 39(36): 21847-21856 (2014).
[18] Hong S., Chang I.S., Choi Y.S., Chung T.H.. Experimental Evaluation of Influential Factors for Electricity Harvesting from Sediment using Microbial Fuel Cell, Bioresource Technology, 100(12): 3029-3035 (2009).
[19] Babu M.L., Mohan S.V.. Influence of Graphite Flake Addition to Sediment on Electrogenesis in a Sediment-Type Fuel Cell, Bioresource technology, 110: 206-213 (2012).
[20] An J., Lee S-J., Ng H.Y., Chang I.S.. Determination of Effects of Turbulence Flow in a Cathode Environment on Electricity Generation Using a Tidal Mud-Based Cylindrical-Type Sediment Microbial Fuel Cell, Journal of Environmental Management, 91(12): 2478-2482 (2010).
[21] Fuentes-Albarrán C., Del Razo A., Juarez K., Alvarez-Gallegos A., Influence of NaCl, Na2SO4 and O2 on Power Generation from Microbial Fuel Cells with Non-Catalyzed Carbon Electrodes and Natural Inocula, Solar Energy, 86(4): 1099-1107 (2012).
[22] Zhang F., Tian L., He Z., Powering a Wireless Temperature Sensor Using Sediment Microbial Fuel Cells with Vertical Arrangement of Electrodes, Journal of Power Sources, 196(22): 9568-9573 (2011).
[23] An J., Lee S-J., Ng H.Y., Chang I.S., Comparison in Performance of Sediment Microbial Fuel Cells According to Depth of Embedded Anode, Bioresource Technology, 127: 138-142 (2013).