Blauwdruk: http://goo.gl/Z3Nuf
Tijdens onze tests zagen we soms pieken van maximaal 6 volt terwijl het apparaat aan te passen. We waren niet in staat om te stabiliseren van de uitvoer, voor zover wij konden het stabiliseren tot ongeveer 220 millivolts. Adviseer ik experimenteren met de grootte van de containers en de positie van de luchtpomp en elektroden.
Abstract
Het doel van het project was voor de bouw van een werkende twee-kamer microbiële fuel cell met een maximale lichtopbrengst van 300 millivolts (mV), of 0,3 volt (V). Een microbiële stookmiddel kerker of MFC, is een brandstofcel waarin de natuurlijk voorkomende elektrochemische processen van afbreken van voedsel, strikt anaërobe bacteriën zijn ingezet om de opwekking van elektriciteit.
De gekozen bron van bacteriën en organische stof in de cel was slib ontvangen vanaf de onderkant van de Bluff Creek achter Playa Vista Park in Los Angeles, Californië. Dit werd gekozen als de ideale bron voor de microbiële brandstofcel omdat het lag in stilstaand water, waarin een goede omgeving voor groei van anaërobe bacteriën.
Materialen
-2 1l kunststof Containers
-Katoen-touw
-Aluminium gaas
-Paperclips
-Koperdraad
-Alligator clips
-Elektrische tape
-Lijmpistool
-Lijm stokken
-Aquarium luchtpomp
-Duct tape
-Slib
-Hand spade
-Emmer
-Water
-Zout
-Kleine Pot
-Lepel
-Voltmeter
-Drill pistool
Procedure
Slib van de onderkant van een stilstaande creek of vijver in een emmer verzamelen. Zo'n bron zal meest waarschijnlijk zijn volop van anaërobe bacteriën.
Boor een gat voor de koperen draad op de deksels van containers. Op één van de twee deksels, boor een gat voor de luchtpomp buis en een klein gaatje voor ventilatie (dit zal niet worden verzegeld). Boor een gat aan de ene kant aan beide tekstgebieden zoutbrug.
De elektroden voor te bereiden. Vouw aluminium gaas een paar keer over en een binding met grote paperclips. Strip eindigt op koperdraad en hechten aan beide elektroden.
Koperen draad en luchtpomp buis in boorgaten op deksels invoegen. Zegel met hete lijm of caulk.
Bereiden de zoutbrug. Warmte van water op de kookplaat en in zo veel zout mogelijk op te lossen. Draai een lang touw rond zelf maken van een dikkere touw. Indien nodig, snijden het touw tot ca. 15 cm. Soak het touw in het zoute water. Zodra vochtige, wikkel het touw in één laag van elektrische tape en plakband, maar houd de uiteinden blootgesteld.
Weerszijden van de zout brug invoegen door de geboorde gaten aan de zijkanten van de containers. Zegel met hete lijm of breeuwwerk en extra tape (indien nodig).
Vul een container bijna tot de rand met slib en de andere met water.
De elektroden in de slib en water onderdompelen. Sluit de deksels van de containers, en ervoor te zorgen dat de over het slib is luchtdicht.
Anaërobe bacteriën mag worden blootgesteld aan als weinig zuurstof mogelijk.
Alligator clips aan elk uiteinde van de losse van koperdraad koppelen. Klem de alligator clips op de voltmeter sondes. Zorg ervoor dat de rode sonde is elektrisch aangesloten op de elektrode in het water. De zwarte sonde moet verbinden met de elektrode ondergedompeld in het slib.
Zet het aquarium luchtpomp.
Zet het wiel de voltmeter aan 20 VDC (kan ook worden gemarkeerd door het symbool) voor het meten van de kracht van elektriciteit doorlopen van het circuit in termen van volt. Draai het wiel tot 2000m om het te meten in termen van millivolts, een duizendste van een volt, aan een meer nauwkeurige lezing observeren.
Draai het wiel tot 10A. Dit nummer is de stroom van de microbiële brandstofcel stroom genereert, gemeten in ampère.
Gebruik de onderstaande formule voor het berekenen van het tarief van de overdracht van energie als één joule per seconde, ook bekend als één watt.
watt (W) = Ampère (I) x volt (V)
Resultaten
De resultaten werden aanzienlijk succesvoller dan verwacht. De microbiële brandstofcel gegenereerd 221 mV op zijn maximale efficiëntie, gemeten met een voltmeter en af en toe een piek op 6 V wanneer we geknoeid met de positionering van de elektroden en water pomp buis. Vooral interessant iets gebeurde toen de luchtpomp afgesloten was, die extra zuurstof uit stroomt in de container gestopt. Werd naar voren gebracht dat de huidige gegenereerd door de cel snel tot een dieptepunt van 168 daalde mV. Het gebrek aan zuurstof de reductie-reactie vertraagd en bijgevolg aan de huidige, evenals vertraagd.
Achtergrond
De zoutbrug voorziet van stroom aan stroom van waterstof-ionen in een circuit. Als het niet bestond, zou er een pileup van elektronen en de huidige zou stoppen, waardoor de cel nutteloos. De anode van de microbiële brandstofcel hangt af van een potentieel dat ervoor zorgt dat de huidige stroom, en daarom de oxidatie-reactie in zijn kamer is ook afhankelijk van een potentieel. In dit geval is het potentiële element de kathode in de zaal gevuld met zuurstofrijk water, omdat het helpt om te voltooien een reductie reactie in die kamer. Oxidatie en reductie Reacties altijd hebben samen optreden (genaamd een redoxreactie), en in een microbiële brandstofcel, ze zijn absoluut noodzakelijk. Elektronen wordt uitgestraald door een oxidatie reactie moeten worden aanvaard door atomen of ionen van een andere stof.
Tijdens de eerste reactie van de (oxidatie), die in de slib gevulde container op de anode plaatsvindt, verbruiken de bacteriën glucose voor energie en water. Ze leveren dan kooldioxide, positieve waterstof-ionen en elektronen. De positieve waterstof-ionen en elektronen zich aangetrokken voelen tot de verbindingen in de tweede container en nemen deel aan een vermindering van de reactie. De elektronen reizen omhoog door de aluminium gaas en draad van koper naar de kathode in de tweede container. De positieve waterstof-ionen maken hun weg over de zout brug naar de tweede container. Dit is waar het tweede deel van de redoxreactie plaatsvindt.
Tijdens de reductie-reactie, de positieve ionen van waterstof combineren met de overgebleven van de oxidatie reactie en zuurstof uit binnen het water naar de opbrengst water elektronen. De redoxreactie eindigt hier. Daarom is de levensduur van de microbiële brandstofcel wordt beperkt door de levensduur van de bacteriën in de steekproef van slib.
De zoutbrug kan ook een proton uitwisseling membraan, of PEM worden genoemd. Het staat voor waterstof protonen opgeleverd door de bacteriën te passeren.
Het aquarium pomp biedt extra zuurstof naar de reactie oplevert water.
Omdat de bacteriën niet worden blootgesteld aan zuurstof, produceren ze kooldioxide, protonen en elektronen in plaats van koolstofdioxide en water.
Conclusie
Eender welk organisch afval materiaal moet verenigbaar zijn met de microbiële brandstofcel. Zolang er een goed genoeg evenwicht tussen bacteriën en organisch materiaal is, zou moeten het werken. Dit type van cel is een relatief nieuwe uitvinding. Het allereerste idee hiervan werd opgericht in 1911, en het eerste ontwerp ontstond in 1977. Er zijn nog manieren om te gaan op het gebied van de verdere ontwikkeling van de technologie, en mensen betrokken in verwante projecten zijn nog steeds niet zeker of het zou ooit aanslaan, gezien de huidige stand van de relatieve inefficiëntie. Echter, zoals alle nieuwe ontwikkelingen, er is slechts een kwestie van tijd voordat iemand kunnen verbeteren op het ontwerp. Dan staat het als een haalbare optie voor de opwekking van energie in afvalverwerking planten.
Bronnen
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
---VOCALE UITLEG
