Catốt dựa trên carbon tác động đến thành phần và hiệu suất của màng sinh học trong pin nhiên liệu vi khuẩn đất

Catốt dựa trên carbon tác động đến thành phần và hiệu suất của màng sinh học trong pin nhiên liệu vi khuẩn đất

    Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và các mối quan tâm về môi trường, các giải pháp năng lượng tái tạo là rất quan trọng để đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Các công nghệ điện hóa vi sinh, chẳng hạn như SMFC, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường, khiến chúng trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các hệ thống năng lượng xanh . SMFC sử dụng các vi sinh vật nội sinh có trong đất để chuyển đổi chất hữu cơ thành điện, cung cấp nguồn năng lượng bền vững và chiến lược xử lý sinh học tại chỗ tự cấp nguồn cho đất bị ô nhiễm.

    Catốt dựa trên carbon tác động đến thành phần và hiệu suất của màng sinh học trong pin nhiên liệu vi khuẩn đất

     

    Vật liệu cực âm đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất của pin nhiên liệu vi sinh vật. Các nhà nghiên cứu gần đây đã so sánh hiệu suất của các SMFC catốt không khí không có màng sử dụng bốn catốt khác nhau: vải  , vải cacbon pha tạp Pt, nỉ than chì và điện cực sợi nano cacbon pha tạp Fe cải tiến. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thử nghiệm điện hóa trong thời gian dài, cùng với các phân tích phân loại vi sinh vật, để đánh giá tác động của vật liệu điện cực đối với sự hình thành màng sinh học và hiệu suất điện hóa.

    Trong nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Khoa học môi trường và Công nghệ sinh thái , các nhà nghiên cứu từ Đại học Bath tiết lộ rằng sợi nano cacbon pha tạp Fe và catốt vải cacbon pha tạp Pt mang lại hiệu suất ổn định, với mật độ công suất cực đại lần lượt là 25,5 và 30,4 mW m −2 . Catốt nỉ than chì thể hiện hiệu suất điện hóa tốt nhất, với mật độ công suất cực đại là 87,3 mW m −2 . Tuy nhiên, họ cũng thể hiện sự bất ổn lớn nhất.

    Một cuộc kiểm tra các cộng đồng vi sinh vật đã tìm thấy sự khác biệt giữa các cộng đồng anốt và catốt. Cực dương chủ yếu được làm giàu với các loài Geobacter và Pseudomonas, trong khi các cộng đồng catốt bị chi phối bởi vi khuẩn sản xuất hydro và hydrootrophic. Điều này cho thấy rằng chu trình hydro có thể là một cơ chế chuyển điện tử khả thi. Ngoài ra, sự hiện diện của vi khuẩn khử nitrat kết hợp với kết quả điện tâm đồ tuần hoàn chỉ ra rằng quá trình khử nitrat của vi khuẩn xảy ra trên catốt nỉ than chì.

    Việc sử dụng catốt sợi nano cacbon pha tạp Fe cải tiến mang lại hiệu suất điện hóa tương đương với vải cacbon pha tạp Pt, mang đến một giải pháp thay thế chi phí thấp. Tuy nhiên, than chì hoạt động tốt hơn tất cả các điện cực khác được thử nghiệm nhưng lại cho thấy khả năng tái tạo thấp hơn và tổn thất vận chuyển khối lượng lớn hơn. Hồ sơ phân loại vi sinh vật của màng sinh học  cho thấy sự hiện diện của các đơn vị phân loại liên quan đến việc khử oxy hoặc tham gia vào việc sử dụng các chất nhận điện tử thay thế, chẳng hạn như nitrat.

    Kết quả của nghiên cứu này có thể hướng dẫn nghiên cứu trong tương lai về SMFC chi phí thấp, hiệu suất cao cho các ứng dụng thực tế trong thu hoạch năng lượng và xử lý sinh học. Bằng cách hiểu cách các vật liệu điện cực ảnh hưởng đến cộng đồng vi sinh vật và hiệu suất điện hóa, các nhà nghiên cứu có thể đẩy nhanh quá trình dịch SMFC thành các triển khai trong thế giới thực.

    Zalo
    Hotline