بررسی عملکرد کاتدهای بیولوژیکی در پیل سوختی میکروبی و تاثیر آن در توان تولیدی

با توجه به محدود بودن منابع انرژی مانند سوخت های فسیلی و سوخت های هسته ای و هم چنین مشکلات جانبی که این منابع برای محیط زیست و بشر به وجود می آورند، استفاده از منابع انرژی پاک از رویکردهای جدید برای برطرف کردن نیاز بشر به تامین انرژی می باشد. پیل سوختی میکروبی یکی از این منابع تولید انرژی پاک می باشد که از طریق بیولوژیکی، الکتریسیته تولید می کند. در آند این نوع پیل ها میکروارگانیسم از طریق اکسیداسیون مواد آلی و سابستریت، تولید الکترون و پروتون می کند. الکترون از طریق مدار الکتریکی و پروتون از طریق غشاء انتقال پروتون، وارد محفظه کاتدی می شود تا واکنش احیاء صورت گیرد. از جمله محدودیت های موجود درکاتد این نوع پیل ها می توان به لزوم استفاده از کاتالیست های شیمیایی گران قیمت برای تسریع واکنش احیاء اکسیژن و یا لزوم تعویض کاتولایت های محلول بعد از هر سیکل مصرفی، اشاره کرد که این محدودیت ها مانع از کاربرد آن ها در مقیاس صنعتی می شود. لذا استفاده از میکروارگانیسم ها به عنوان کاتالیست بیولوژیکی در محفظه کاتدی ایده ای است جدید که از سال 2007 میلادی به بعد مورد توجه محققان قرار گرفته است. از مزیت های استفاده از میکروارگانیسم ها به عنوان کاتالیست در محفظه کاتدی، می-توان از پایداری عملیاتی بیشتر، هزینه عملیاتی کمتر، حذف مواد ناخواسته و هم چنین حذف فلزات سنگین، نام برد. در این تحقیق به بررسی عملکرد پیل سوختی میکروبی به همراه کاتد بیولوژیکی در حالت هوازی و عوامل موثر بر آن پرداخته شده است. از جمله عواملی که در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفتند، تاثیر نوع کاتولایت ورودی، نوع سابستریت مصرفی در کاتد، نرخ هوادهی در محفظه کاتدی و مقاومت خارجی در مدار الکتریکی بودند. نتایج حاصل از نوع کاتولایت ورودی نشان داد که ماکزیمم توان تولیدی در حالتی که از پساب استفاده شد برابر با mw/m227 بود، که نسبت به دو حالت پساب با دانسیته نوری 45/0 و بافر بیشتر بود. در طی آزمایش دوم ماکزیمم توان تولیدی در حالتی که از بی کربنات به عنوان سابستریت در کاتد استفاده شد در مقایسه با استات سدیم بالاتر و حدود mw/m247 به دست آمد. هم چنین مشاهده شد هر چه نرخ هوادهی در محفظه کاتدی بیشتر شود، بازده کلمبی پیل افزایش می یابد اما این به معنی افزایش ماکزیمم توان تولیدی نیست. زیرا توان پیل با نرخ هوادهیlit/min 5/0 ماکزیمم مقدار خود را در حدود mw/m2 45 داشت. کاهش تدریجی توان تولیدی از mw/m2 51 در روز 22ام به mw/m2 31 در روز 37ام برای پیل با مقاومت ?100 در مقایسه با توان تولیدی یکسان حدود mw/m250 برای پیل در زمان مشابه با مقاومت ? 1000، برای پیل سوختی میکروبی با کاتد بیولوژیکی در حالت هوازی، از نتایجی بود که از بررسی این اثر بر عملکرد پیل به دست آمده است.