• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.498-504
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• 2008

Metal-reducing bacterium, Geobacter sulfurreducens is available for mediator-less microbial fuel cell (MFC) because it has biological nanowires(pili) which transfer electrons to outside the cell. In this study, in the anode chamber of the MFC system using G. sulfurreducens, the concentrations of NaCl, sodium phosphate and sodium bicarbonate as electrolytes were mainly optimized for the generation of electricity from acetate. 0.4%(w/v) NaClO and 0.5M $H_2SO_4$ could be utilized for the sterilization of acrylic plates and proton exchange membrane (major construction materials of the MFC reactor), respectively. When NaCl concentration in anode phosphate buffer increased from 5 to 50 mM, power density increased from 6 to $20\;mW/m^2$. However, with increasing sodium phosphate buffer concentration from 5 to 50 mM, power density significantly decreased from 18 to $1\;mW/m^2$. Twenty-four mM sodium bicarbonate did not affect electricity generation as well as pH under 50 mM phosphate buffer condition. Optimized anode chamber of MFC using G. sulfurreducens generated relatively high power density ($20\;mW/m^2$) with the maximum coulombic efficiency (41.3%).

• 유기물자원화
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• 제21권1호
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• pp.39-44
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• 2013

본 연구에서는 수평 흐름 미생물 연료전지에서 유체 흐름이 전력 수율에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 본 연구에서는 산화전극 반응조의 바닥에 아크릴 막대를 설치하여 각각 4가지 유체의 흐름을 유도하였다. 각 반응조 형상에 따라 최대전력수율을 평가하였으며 추적자 실험을 통해 유체 흐름을 해석하였다. 분극 곡선 실험 결과 반응조별 최대 전력수율은 case 1, 2, 3 및 4에서 각각 95.7, 129.1, 190.9 및 $114.2mW/m^2$로 나타났다. 좌우 도류벽을 설치하여 S 형태의 유체 흐름을 유도한 case 3 반응조에서 가장 높은 전력이 생산되는 것으로 나타났다. 추적자 실험의 Morrill 분산지수 값에 따르면 case 4 반응조의 경우 반응조 전체에 기질이 골고루 분포하여 미생물 활성을 높일 수 있을 것으로 나타났다. 그러나 월류 현상에 의해 안정적인 운영을 할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 case 3 반응조의 경우 안정적인 운영 및 높은 전력수율을 얻을 수 있으므로 미생물 연료전지로 이용하기에 효과적일 것으로 나타났다.

• 한국물환경학회지
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• 제25권1호
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• pp.159-166
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• 2009

This study has been attempted to generate electricity, while simultaneously treating artificial organic wastewater using both batch and continuous microbial fuel cells (MFCs). In the batch MFC, current-voltage curve showed an onset potential of -0.69 V vs. Ag/AgCl. The potential range between this potential and 0 potential displayed an available voltage for an automatic production of electric energy and glucose, which was oxidized and treated at the same time. The 486 mg/L glucose solution showed the maximum power of $30mW/m^2$ and the maximum current density of $75mA/m^2$ shown in the power curve. As a result, discharging of the cell containing COD 423 mg/L at the constant current density of $60mA/m^2$ showed a continuous electricity generation for about 22 hours that dropped rapidly due to dissipating of organic material. Total electric energy production was 18.0 Wh. While discharging, the pH change was low and dropped from pH 6.53 to 6.20 then increased to 6.47, then stabilized at this charge. The COD treatment efficiency was found to be 72%. In the continuous MFC, COD removal tends to increase as the hydraulic retention time is increased. At one day of hydraulic retention time as the maximum value reaches the COD removal efficiency, power production rate and power production rate per COD removal that were obtained were 68.8%, $14mW/m^2$, and $20.8mW/m^2/g$ CODrm, respectively. In the continuous MFC, the power production rate per COD removal increases as the hydraulic retention time is increased and decreases as the organic loading rate is increased. At the values lower than an organic loading rate of $1kgCOD/m^3/d$, the values higher than about $18.1mW/m^2/g$ CODrm could be obtained.

• 유기물자원화
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• 제19권1호
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• pp.109-114
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• 2011

본 연구에서는 수평 흐름형 미생물 연료전지를 이용하여 수리학적 체류시간에 따른 전력수율을 평가하였다. 수리학적 체류시간 15분, 30분, 60분 및 180분의 경우 전력수율은 각각 $24.7mW/m^2$, $27.3mW/m^2$, $22.8mW/m^2$ 및 $17.2mW/m^2$으로 나타났다. 수리학적 체류시간을 30분으로 유지하는 경우 전력수율이 가장 높게 나타났으며 수리학적 체류시간 180분과 비교시 전력수율이 최대 59% 증가하였다. COD 제거율은 수리학적 체류시간 증가에 따라 높아지는 경향을 보였으나 쿨롱효율은 일정한 값을 유지하였다. 이와 같은 결과를 통해 수리학적 체류시간을 30분으로 유지하는 경우 수평 흐름형 미생물 연료전지성능을 최대로 발휘할 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권1호
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• pp.1-6
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• 2014

팽창흑연과 탄소나노튜브를 이용한 복합 산화전극을 나피온용액에 다양한 비율로 에폭시를 혼합한 결합제를 이용하여 제작하였으며, 산화전극 결합제에 함유된 에폭시량이 미생물연료전지의 성능에 미치는 영향을 회분식 실험을 통하여 조사하였다. 산화전극 결합제에 에폭시의 함량이 증가함에 따라 산화전극 구성 물질들의 물리적 부착력은 점차 증가하였으나, 활성화저항과 오옴저항의 증가로 인한 내부저항이 증가하였다. 산화전극 결합제로 에폭시를 혼합하지 않고 나피온용액 만을 사용한 대조구의 경우 $1,892mW/m^2$에 달하였으나 산화전극 결합제에 에폭시 함량이 증가함에 따라 미생물연료전지의 최대전력밀도는 점차 감소하였다. 산화전극 결합제에 에폭시함량이 50%일 때 최대전력밀도는 $1,425mW/m^2$로서 대조구의 75.3%까지 감소하였으나, 고가의 나피온용액 사용량을 감소시키고 산화전극 결합제의 물리적 부착력을 높일 수 있다는 측면에서 고려할 때 나피온용액과 에폭시를 같은 비율로 혼합한 물질은 산화전극결합제로서의 좋은 대안이 될 수 있는 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권11호
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• pp.758-763
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• 2014

토양 내에서 유기성 오염물질은 혐기성 미생물에 의해 분해되지만 전자수용체의 부족으로 상당량이 토양에 잔류하게 된다. 토양미생물연료전지(soil microbial fuel cells, SMFC)는 전극을 통해 전자 소비를 증진시켜 유기물 분해를 촉진시키고 동시에 전력도 생산하기 때문에, 다양한 유기성 오염원으로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원시킬 수 있는 기술로서 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 전극간 거리와 전극 크기가 SMFC의 전기적 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 유기물이 풍부한 토양과 인공폐수 혼합물을 이용하여 SMFC를 단일반응조로 구성하였다. SMFC에서 발생된 전력량은 전극간 거리가 멀어지거나 전극 크기가 작아질수록 내부저항이 증가하여 감소하였다. 전극 크기는 $64cm^2$로 고정하고 전극간 거리는 4~9 cm로 변화를 주었을 때, 전극간 거리가 4 cm 조건에서 최대전압 326 mV, 최대전력밀도 $19.5mW/m^2$가 얻어졌고 거리가 멀어질수록 전압발생량은 19~32% 감소하고 최대전력밀도는 56~69% 감소하는 것으로 나타났다. 전극 크기 변화 실험에서는 전극간 거리를 4 cm로 고정하고 전극 크기를 $16{\sim}64cm^2$로 변화를 주었다. 두 전극 크기가 $64cm^2$ 조건에서 최대전압 291 mV, 최대전력밀도 $0.34mW/m^3$로 측정되었으며 산화전극 크기가 작아지면, 최대전압은 19~29% 감소하였고, 환원전극의 경우는 3~12% 감소하였다. 최대전력밀도는 산화전극이 작아지면, 49~68% 감소하였고, 환원전극이 작아지는 경우에는 29~47% 감소하였다. SMFC는 인공폐수와 토양 혼합물질을 반응기 내부물질로 사용하기 때문에, 전자 및 이온전달속도가 느려 환원전극 크기에 비해 산화전극 크기에 더 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.