외기 환원 전극의 활성탄 촉매의 물리화학적 처리에 의한 미생물 연료전지의 성능 향상 (Performance Enhancement of a Microbial Fuel Cell by Physico-chemical Treatments of Activated-Carbon Catalyst of an Air Cathode)

서지정보

· 발행기관 : 한국도시환경학회
· 수록지 정보 : 한국도시환경학회지 / 16권 / 4호 / 431 ~ 439페이지
· 저자명 : 구본영, 강흥구, 남태희, 김어진, 손성훈, 정석희

초록

미생물연료전지(microbial fuel cell, MFC)는 지속적인 사회를 목표로 현재 에너지 공급형 폐수처리 공정으로 개발되고 있는혁신적인 전기화학 시스템이다. 환원 전극 기술 개발은 MFC의 실용화에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 실용적인 환원 전극 기술 개발을 위하여, 값비싼 백금 촉매를 대체할 활성탄의 물리화학적 개질에 따른 MFC의 성능 및 전기화학적 특성을 동일한 조건에서 비교하였다. 백금 환원 전극(Pt)의 최대 전력 밀도 976 mW/m2 에 대비하여, 활성탄을 코발트와 1,10-페난트롤린으로 800o C에서 개질하여 제작한 환원 전극(Co-N-C/AC)의 최대 전력 밀도가 1,526 mW/m2으로 백금 환원 전극(Pt)보다 56% 높았으며, 500o C 열처리한 활성탄 환원 전극(500AC)은 1,394 mW/m2이며, 아무 처리하지 않은 활성탄(Plain AC)은 1,014 mW/ m2 였다. 전기화학적 성능과 전력 생산에 있어 활성탄 환원 전극이 백금 환원 전극 보다 우수하였으며, 활성탄 촉매의 물리화학적 처리가 증가함에 따라 전기화학적 성능이 더 우수해졌다. 환원 전극 임피던스 측정 결과, 활성탄의 물리화학적 개질과 촉매의 교체에 의한 환원 전극의 전하 이동 저항의 감소에 의해 전기적인 성능이 향상된 것으로 생각된다.

영어초록

Microbial Fuel cell (MFC) is an innovative electrochemical system, being developed for an energy positive wastewater treatment process for a sustainable society. Development of cathode technology is very important for practical use of MFC. In this study, for developing practical cathode catalyst technology, physico-chemically modified activated carbon catalysts and platinum were tested for performance and electrochemical characterization in an MFC under a same condition, potentially to replace expensive platinum catalysts. Comparing with a maximum power density of a platinum-coated cathode (976 mW/m2 ), a Co-N-C/AC cathode made with activated carbon doped with cobalt and 1,10-phenanthroline at 800o C produced 1,526 mW/ m2 in the MFC condition, which was 56% higher than the Pt-coated cathode. A 500AC cathode made with heat-treated activated carbon at 500o C produced 1,394 mW/m2 and non-treated activated carbon cathode (Plain AC) produced 1,014 mW/m2. The tested activated-carbon electrodes showed electrochemical performance and power production superior to the Pt-coated cathode. Electrochemical performance of cathodes was increased as more physico-chemical treatments were added to activated carbon catalysts. Cathode impedance results showed that enhanced electrochemical performance was attributed to decrease of cathode charge transfer resistance, possibly due to the physical-chemical modification of activated carbon and the catalyst change.

참고자료

· 없음