연속 흐름 미생물 연료전지에서 탄소 펠트 미생물 산화 전극 및 활성탄 환원 전극의 임피던스 및 분극 특성 (Characterization of Impedance and Polarization of Carbon-Felt Bioanodes and Activated-Carbon Cathodes in a Continuous-Flow Microbial Fuel Cell)

서지정보

· 발행기관 : 한국도시환경학회
· 수록지 정보 : 한국도시환경학회지 / 18권 / 2호 / 177 ~ 191페이지
· 저자명 : 구본영, 정석희

초록

미생물전기화학적 에너지 생산형 하폐수처리 공정 개발에 있어 미생물 연료전지(microbial fuel cell, MFC)의 전기화학적 분석은 매우 중요하다. 하지만 MFC의 발전 속도에 비해 전기화학 이해는 아직 매우 부족하다. 가장 큰 이유는 전기발생에 핵심적인 산화전극 미생물막의 복잡한 특성 때문에 그것의 전기화학적 분석이 매우 난해하기 때문이다. 본 실험에서는임피던스의 측정 전위와 분극 곡선의 주사 속도가 MFC의 전기화학에 어떻게 영향을 미치는지 연구하였다. 정확한 측정을 위해 시스템을 최대한 안정화 시킨 상태에서 실험을 진행하였다. -400 mV vs. Ag/AgCl에서 가장 낮은 임피던스를 보였던 이전 회분식 실험과 달리, 연속 흐름 실험에서는 산화 전극 전위가 +5.7 mV vs. Ag/AgCl까지 증감함에도 임피던스는 감소하고 전류 생산은 증가하였다. 하지만 환원전극의 임피던스는 측정 전위의 영향을 거의 받지 않았다. 이는 환원 전극의 활성탄 촉매는 무생물이기에 전기적 자극에 훨씬 덜 민감하기 때문으로 생각된다. 연속 반응조에서 두 가지 주사 속도(1 mV/s와 0.1 mV/s)로 분극 곡선을 제작하여, 두 분극 곡선의 전기화학 데이터를 비교 분석하였다. 실제 MFC에서 오랜 시간 정상 상태를 유지하기 힘든 경우 빠른 주사 속도로 짧은 시간 안에 분극 곡선을 생산할 수 있을 것이다. 성능 분석이 필요할 때, 외삽을 통하여 다른 조건의 데이터 간의 비교 분석이 가능할 것이다.

영어초록

Characterizations of the electrochemistry of a microbial fuel cell (MFC) is very important in developing bioelectrochemical energy producing wastewater treatment process. Compared to the development of MFC technology, however, understanding of its electrochemical characterization is still insufficient. The main reason is that its electrochemical analysis is very difficult due to the complex nature of the anode biofilm, which is a key to generating electricity. In this experiment, the influence of the measurement potential of impedance and the scanning rate for polarization curve on the MFC electrochemistry was investigated. The experiment was performed after stabilizing the system for accurate measurement. Unlike the previous batch tests showing the lowest anodic impedance at -400 mV vs. Ag/AgCl, the anodic impedance decreased and the current production increased as the anode potential increased up to +5.7 mV vs. Ag/AgCl in the continuous flow MFC. However, the cathodic impedance was very little affected by the measuring potential because the activated carbon catalyst is abiotic and much less sensitive to electrical stimulation than the anode biofilm. The polarization curves were produced at two scanning rates (1 and 0.1 mV/s) in a continuous mode, and those electrochemical data were comparatively analyzed. When it is difficult to maintain a steady state for a long time in an MFC, it will be possible to produce polarization curves in a short time with a faster scanning rate. When performance analysis is needed, the comparative analysis would be possible among the data at different conditions through extrapolation.

참고자료

· 없음