[논문]미생물 연료전지의 전극 재료와 구조에 따른 전기적 특성

최규만

doi:10.17661/jkiiect.2014.7.1.036

[국내논문] 미생물 연료전지의 전극 재료와 구조에 따른 전기적 특성
Electric Characteristics of the MFC according to different electrode structures and materials 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.7 no.1, 2014년, pp.36 - 39

최규만 (Electronic Information and Communication Engineering of Kwandong University)

초록
AI-Helper

폐수 속에 들어있는 미생물을 이용해서 전기를 얻을 수 있도록 고안된 것이 미생물 연료전지이다. 본 논문에서는 미생물 연료전지의 전극 재료와 구조에 따른 전기적 특성을 조사했다. 구리판을 캐소드 전극으로 사용한 연료전지는 구리판의 산화 반응에 따른 전압역전현상이 관찰되어 백금판을 전극으로 사용한 연료전지보다 낮은 출력 전압을 나타내었다. 구리판을 전극으로 사용한 경우 전극판의 간격이 작을수록 높은 전압특성을 나타내었고 면적이 넓을수록 최고출력전압이 나타나는 시간이 지연되는 특성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

MFC(microbial fuel cell) is the device to produce the electricity by using the microbes which are living in the waste water. In this paper, the electric characteristics of the MFC were investigated according to each different structure and electrode materials. The voltage being reversed phenomenon was observed in the MFC which uses the cupper plate as the cathode material. This result comes from the oxidation reaction of the cupper plate electrode in this MFC. And this MFC has lower output voltage than one that has a platinum plate electrode. The smaller gap distance of the cupper plate electrode of the MFC showed the higher output voltage. The larger electrode area of the cupper plate electrode showed that the reaching time of the output voltage to the maximum value was delayed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

아직 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 미생물연료전지의 전극 재료와 미생물연료 전지의 구조가 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하고 그 결과를 분석했다.

제안 방법

미생물연료전지의 전극재료에 따른 전기적 특성을 조사하기 위해 전극재료로 탄소섬유와 탄소페이스트를 이용한 탄소전극과 백금을 이용한 백금전극 그리고 구리를 이용한 구리전극을 채택했다. 탄소전극을 애노드전극으로 사용하였고 백금전극과 구리전극은 캐소드전극으로 사용하였다.
미생물연료전지의 전극재료와 구조에 따른 전기적 특성을 분석하기위해 두 가지형태의 미생물연료전지를 제작했다. 전자포획을 위한 애노드전극으로는 탄소 전극을 설치하고 수소이온을 포집하는 캐소드 전극으로는 백금판 전극과 가격이 비교적 저렴하고 전기저항이 작은 구리판 전극을 설치했다.
탄소와 백금을 전극으로 한 미생물연료전지와 탄소와 구리를 전극으로 사용한 미생물 연료전지를 이용하여 전압특성을 비교 실험했다. 탄소와 백금전극으로 한 구조체는 병 모양의 원형기둥으로 두 개의 전극과 이온막으로 구성되어 있고, 탄소와 구리전극으로 한 구조체는 육면체로 바닥에 카본을 입힌 구리와 동판을 위에 띄우는 구조로 구성된다.

대상 데이터

미생물연료전지의 전극재료에 따른 전기적 특성을 조사하기 위해 전극재료로 탄소섬유와 탄소페이스트를 이용한 탄소전극과 백금을 이용한 백금전극 그리고 구리를 이용한 구리전극을 채택했다. 탄소전극을 애노드전극으로 사용하였고 백금전극과 구리전극은 캐소드전극으로 사용하였다. 그림 1.

성능/효과

4Cm X 10Cm크기의 전극을 갖는 연료전지의 최대치 전압이 가장 높았다. 그리고 전압의 안정성 유지는 16cmX10cm크기의 전극을 갖는 연료전지가 가장 좋았다.
구리판을 캐소드 전극으로 사용한 연료전지는 구리판의 산화 반응에 따른 전압역전현상이 관찰되었고, 백금판을 전극으로 사용한 연료전지보다 낮은 출력전압특성을 보였다. 구리판을 전극으로 사용한 경우 전극판의 간격이 작을수록 높은 전압특성을 나타내었고 면적이 넓을수록 최고 출력전압이 나타나는 시간이 지연되는 특성을 보였다.
전자포획을 위한 애노드전극으로는 탄소 전극을 설치하고 수소이온을 포집하는 캐소드 전극으로는 백금판 전극과 가격이 비교적 저렴하고 전기저항이 작은 구리판 전극을 설치했다. 구리판을 캐소드 전극으로 사용한 연료전지는 구리판의 산화 반응에 따른 전압역전현상이 관찰되었고, 백금판을 전극으로 사용한 연료전지보다 낮은 출력전압특성을 보였다. 구리판을 전극으로 사용한 경우 전극판의 간격이 작을수록 높은 전압특성을 나타내었고 면적이 넓을수록 최고 출력전압이 나타나는 시간이 지연되는 특성을 보였다.
4Cm X 10Cm크기의 전극을 갖는 연료전지의 최대치 전압이 가장 높았다. 그리고 전압의 안정성 유지는 16cmX10cm크기의 전극을 갖는 연료전지가 가장 좋았다. 이는 이 연료전지가 보다 많은 용액을 담고 있어 보다 많은 시간동안 미생물의 먹이 활동이 이루어진 결과로 보인다.
와 같다. 시간경과에 따른 전압 특성은 전류와 저항의 특성에 의해 지배당하므로 0-10초의 구간동안 가파르게 상승하였고 10초 이후 완만하게 상승했다.
탄소와 백금으로 한 구조체의 전압특성은 시간이 지남에 따라 완만하게 증가 하였고, 탄소와 구리로 한 구조체는 처음에는 (-)값의 전압이 출력되다가 7시간이 지난 후에 (+)값으로 전환이 되는 현상이 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	면적이 큰 전극을 갖는 연료전지의 전압의 안정성 유지가 더 좋은 이유는?	그리고 전압의 안정성 유지는 16cmX10cm크기의 전극을 갖는 연료전지가 가장 좋았다. 이는 이 연료전지가 보다 많은 용액을 담고 있어 보다 많은 시간동안 미생물의 먹이 활동이 이루어진 결과로 보인다. 면적이 작을수록 최대 전압이 먼저 관측되는 것은 작은 용액 속에서 미생물의 활동이 신속히 진행된 결과로 보인다.
	미생물 연료전지란?	폐수 속에 들어있는 미생물을 이용해서 전기를 얻을 수 있도록 고안된 것이 미생물 연료전지이다. 본 논문에서는 미생물 연료전지의 전극 재료와 구조에 따른 전기적 특성을 조사했다.
	본 연구에서는 미생물연료전지의 전극재료로 어떤 것을 채택하였는가?	미생물연료전지의 전극재료에 따른 전기적 특성을 조사하기 위해 전극재료로 탄소섬유와 탄소페이스트를 이용한 탄소전극과 백금을 이용한 백금전극 그리고 구리를 이용한 구리전극을채택했다. 탄소전극을 애노드전극으로 사용하였고 백금전극과 구리전극은 캐소드전극으로 사용 하였다.

참고문헌 (5)

S. Oh, B. Min, and B. E. Logan, Environ. Sci. Tech, 38, 4900 (2004)

상세보기
W. He, S. D. Minter, and L. T. Angenent, Environ. Sci. Tech, 39, 5262(2005)

상세보기
D. R. Bond and D. R. Lovely, Appl. Environ. Microbiol., 69, 1548 (2003)

상세보기
G. Reguera, K. P. Nevin, J. S. Nicoll, S. F. Covalla, T. L. Woodard, and D.R. Lovley, Appl. Environ. Microbiol.,72, 7345 (2006)

상세보기
J. K. Jang, T. H. Pham, I. S. Chang, K. H. Moon, K. S. Cho, and B. H. Kim, Process Biochem., 39, 1007 (2004)

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증