Sel-sel bahan bakar mikrob (MFC's) adalah sel bahan bakar yang berbeza yang menggunakan reaksi kimia untuk menjana arus elektrik dengan aliran elektron melalui litar. Ia sama dengan sel bahan api standard yang mengandungi komponen yang sama seperti anoda, katod, dan membran yang telap. Oleh kerana MFC adalah sel bahan bakar biologi, kita boleh sewenang-wenangnya menamakan anoda dan katod anaerobik (deoxygenated) dan aerobik (oksigen) yang masing-masing. Perbezaan dalam sel bahan bakar biologi adalah bahawa mikroorganisma hidup diletakkan di dalam bilik anaerobik yang mengalami respirasi anaerobik yang memerlukan oksigen yang tidak sah. Elektron dioksidakan dan diangkut dari ruang anaerobik ke ruang aerobik. Proton (H +) dihasilkan dan ditukar melalui membran yang telap ke ruang aerobik. Ini mencipta kecerunan elektrokimia yang membolehkan aliran arus melalui wayar. Sel bahan bakar biologi ini berfungsi sebagai projek sains yang murah yang boleh dibuat untuk saintis muda.

Bekalan:

Langkah 1: Bahan Diperlukan

· Chobani Greek Yogurt Vanilla

· Sampel Sedimen

· Glukosa

· 2 Plastik Tuba-memakai 1890 mL Containers

· Klip buaya

· Voltmeter

· Karbon kain

· Paip PVC

· Kalium klorida

· Agar

· 16 wayar tembaga Gage

· Pemotong wayar

· Gun Gam panas

· 0.1 M Penampan fosfat pH≈6.2

· Pita elektrik

· DI air atau Ketuk Air

· Potassium Ferricyanide

· Tali

Langkah 2: Pembinaan MFC

Salt Bridge

Potong pertama 6.5 cm PVC dengan hacksaw. Lakarkan garis besar diameter PVC pada kedua-dua bekas plastik kemudian potong menggunakan pemotong kotak. Bungkus rapat dan tutup satu hujung PVC dengan bungkus plastik dan pita untuk mencegah kebocoran larutan agar panas apabila dituangkan ke dalam paip PVC. Untuk membuat jambatan garam, satu penyelesaian agar perlu dibuat. Pertama masukkan 38.5 gram kalium klorida kepada satu flask Erlenmeyer yang mengandungi 80mL air DI. Kemudian pancarkan botol dan letakkan di dalam ketuhar gelombang mikro selama kurang lebih satu minit. Keluarkan dan pusar untuk melihat sama ada semua kalium klorida telah dibubarkan dalam larutan (memakai sarung tangan terlindung). Masukkan sedikit air (≈5mL) dan teruskan panas dalam selang kecil sehingga semua garam telah dibubarkan. Sejurus selepas garam telah dibubarkan menambah 5 gram agar kepada larutan dan panaskannya dalam ketuhar gelombang mikro selama kira-kira 30 saat. Setelah penyelesaian agar dikeluarkan dari gelombang mikro, tuangkannya ke dalam paip PVC sehingga hampir penuh dengan larutan. Ia mengambil masa kira-kira 30-45 minit untuk penyelesaian untuk mengukuhkan paip PVC. Apabila penyelesaian agar itu menjadi padat, ia boleh diberi makan melalui dua lubang bekas plastik dan dimeteraikan dengan selamat dengan gam panas untuk membentuk meterai air yang ketat.

Dewan Aerobik & Anaerobik

Kemudian tambah sedimen sungai (≈500mL) dan yoghurt Chobani (≈907g) di dalam ruang anaerobik dan campurkan sama rata. Sedimen aliran dan yogurt bertindak sebagai organisma yang dapat menghasilkan tenaga elektrik. Oleh kerana ini sel bahan bakar biologi ia memerlukan bahan bakar untuk organisma untuk terus hidup dan terus menghasilkan elektron untuk pengeluaran berterusan semasa, sehingga 15.5 gram glukosa digunakan dalam eksperimen ini. Buffer Fosfat telah dibuat dari laman web ini http: //cshprotocols.cshlp.org/. Di dalam ruang aerobik, tambah 0.1m Phosphate Buffer pH ≈ 6,2 (1500mL) dan tambah ≈3.75mL kalium ferricyanide ke buffer fosfat.

Electrode & Voltmeter

Seterusnya membuat elektrod dengan menggunakan 16 wayar tembaga gauge dengan melepaskan hujung masing-masing dan mengikat helai individu melalui kain karbon. Sebaik sahaja elektrod dibuangkan ke dalam kedua-dua bekas, pastikan mereka menyerap. Elektrod mempromosikan pemindahan elektron dari ruang anaerobik ke ruang aerobik untuk menghasilkan arus elektrik. Kemudian hujung kawat tembaga yang dilucutkan boleh dilampirkan pada voltmeter. Klip buaya hitam dipasang pada elektrod kebuk anaerobik dan merah ke elektrod ruang aerobik yang dipasang pada voltmeter.

Langkah 3: Keputusan

Pembacaan voltan awal 18 jam pertama menjalankan MFC adalah antara 0.118 hingga 0.196. Voltan tinggi 0.196 V dicapai dalam masa 5 jam selepas memulakan MFC maka ia menurun dan stabil dalam 13 jam seterusnya dari 0.163V hingga 0.185V. Dalam masa 15 jam akan datang, voltan MFC meningkat secara mendadak antara 0.466V hingga 0.505V. Tepat sebelum voltan diambil untuk jangka masa yang kedua ≈15.5 gram glukosa ditambah ke ruang anaerobik dan diaduk sama rata sepanjang sedimen dan yogurt.

Penambahan glukosa pasti membantu meningkatkan output voltan selepas pengumpulan data voltan pertama. Semasa 18 jam pertama, voltan meningkat secara berterusan selama lima jam pertama ke voltan maksimum 0.196 kemudian turun dan menstabilkan sekitar 0.163V hingga 0.185V. Penambahan 15.5 gram glukosa membantu memudahkan pengeluaran elektron daripada bakteria supaya dapat dipindahkan dari ruang anaerobik (anoda) ke ruang aerobik. Dari segi kepekatan hanya ≈1.1% daripada campuran sampel mengandungi glukosa yang jauh lebih kecil berbanding dengan jumlah keseluruhan campuran keseluruhan sampel. Ada kemungkinan bahawa jika lebih banyak glukosa ditambah bahawa MFC akan menghasilkan voltan lebih tinggi.

Masalah

Beberapa masalah yang dihadapi semasa pengeluaran MFC termasuk pergerakan jambatan garam apabila sampel diletakkan di dalam bekas. Sekeping tali dan pita elektrik diletakkan pada setiap hujung jambatan garam untuk mengelakkan ia daripada menggeser paip PVC. Terdapat juga sedikit penyebaran ruang anaerobik ke ruang aerobik melalui jambatan garam. Ini mungkin menghasilkan hasil yang tidak tepat kerana ia menyebabkan pencampuran kecil kedua-dua dewan itu.

Langkah 4: Kesimpulan

Pembinaan MFC adalah satu projek yang unik kerana kami mempunyai kehendak bebas untuk membinanya dengan cara yang kami anggap paling baik melalui penyelidikan yang dilakukan sebelum tangan. Kami bagaimana mikroba penting untuk hidup dan kini kami menggunakannya untuk kemajuan teknologi. Sudah tentu bahan bakar mikrob yang saya hasilkan berskala kecil dari segi ukuran dan pengeluaran voltan tetapi dengan penyelidikan lanjut saya percaya teknologi ini dapat sangat efisien pada masa depan dan membantu menyelesaikan beberapa krisis tenaga dunia.