A systematic study of microbial fuel cells comprised of thermophilic Bacillus licheniformis and Bacillus thermoglucosidasius has been carried out under various operating conditions. Substantial amount of electricity was generated when a redox mediator was used. Being affected by operation temperature, the maximum efficiency was obtained at 50$^{\circ}C$ with an open circuit voltage of ca. 0.7 V. While a small change around the optimum temperature did not make much effect on the cell performance, the rapid decrease in performance was observed above 70$^{\circ}C$. It was noticeable that fuel cell efficiency and discharge pattern strongly depended on the kind of carbon sources used in the initial culture medium. In the case of B. thermoglucosidasius, glucose alone was utilized constitutively as a substrate in the microbial fuel cell irrespective of used carbons sources. When B. licheniformis was cultivated with lactose as a carbon source, best charging characteristics were recorded. Trehalose, in particular, showed 41.2% coulombic efficiency when B. thermoglucosidasius was cultured in a starch-containing medium. Relatively good repetitive operation was possible with B. thermoglucosidasius cells up to 12 cycles using glucose as a carbon source, when they were cultured with lactose as an initial carbon source. This study demonstrates that highly efficient thermophilic microbial fuel cells can be constructed by a pertinent modulation of the operating conditions and by carefully selecting carbon sources used in the initial culture medium.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.11a
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pp.43-44
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2007
SiO and graphite composite has been prepared by adopting high energy ball milling technique. The anode material shows high initial discharge and charge capacity values of 1138 and 568 mAh/g, respectively. Since the materials formed during initial discharge process the nano silicon/$Li_4SiO_3\;and\;Li_2O$ remains as interdependent, it may be expected that the composite exhibiting higher amount of irreversible capacity$(Li_2O)$ will deliver higher reversible capacity. In this study, pretreatment method of constant current-constant voltage (CC-CV) Provided high coulombic efficiency of SiO/C composite electrode removing the greater part of irreversible capacity.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.3
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pp.167-173
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2011
The Effects of external resistance on electrical properties such as current density, power density and coulombic efficiency were investigated in two-chamber type MFCs using a ferricyanide as reducing agent. A stable electricity was produced when a constant time elapsed after innoculation of mixed cultures into the anode compartment; voltages from 0.13 to 0.16 V was measured at $50{\Omega}$ of external resistance. When the external resistance was increased, the current density decreased and the power density rapidly increased and then slowly decreased. Big variation of electrical properties was observed in high-current density region due to the concentration loss related with substrate consumption in repeated experiments changing the external resistance. The maximum power density ($175.8mW/m^2$) and coulombic efficiency (46.1%) were obtained at $100{\Omega}$ of the external resistance which is nearest with the internal resistance ($134{\Omega}$) of MFC system.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.18
no.1
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pp.57-65
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2010
Two types of microbial fuel cells(MFC) were continuously operated using synthetic wastewater. One was conventional two-chambered MFC using proton exchange membrane(PEM-MFC), the other was upflow type membraneless MFC(ML-MFC). Graphite felt was used as a anode in PEM-MFC. In membraneless MFC, two MFCs were operated using porous RVC(reticulated vitreous carbon) as a anode. Graphite felt was used as a cathode in all experiments. In experiment of PEM-MFC, the COD removal rate based on the surface area of anode was about $3.0g/m^2{\cdot}d$ regardless of organic loading rate. And the coulombic efficiency amounted to 22.4~23.4%. The acetic acid used as a fuel was transferred through PEM from the anodic chamber to cathodic chamber. The COD removal rate in ML-MFC were $9.3{\sim}10.1g/m^2{\cdot}d$, which indicated the characteristics of anode had no significant effects on COD removal. Coulombic efficiency were 3.6~3.7 % in both cases of ML-MFC experiments, which were relatively small. It was also observed that the microbial growth in cathodic chamber had an adverse effects on the electricity generation in membraneless MFC.
Kim, Jiyong;Tron, Artur V.;Yim, Taeeun;Mun, Junyoung
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.18
no.2
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pp.51-57
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2015
We report the effect of the impurities including water and bromide in the propylmethylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PMPyr-TFSI) on the electrochemical performance of lithium ion batteries. The several kinds of PMPyr-TFSI electrolytes with different amount of impurities are applied as the electrolyte to the cell with the high potential electrode, $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ spinel. It is found that the impurities in the electrolytes cause the detrimental effect on the cell performance by tracing the cycleability, voltage profile and Coulombic efficiency. Especially, the polarization and Coulombic efficiency go to worse by both impurities of water and bromide, but the cycleability was not highly influenced by bromide impurity unlike the water impurity.
Kim, Junhyung;Kim, Young-Eun;Park, Myeonghwa;Song, Young Eun;Seol, Eunhee;Kim, Jung Rae;Oh, You-Kwan
New & Renewable Energy
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v.16
no.1
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pp.58-67
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2020
Microbial electrosynthesis has recently been considered a potentially sustainable biotechnology for converting carbon dioxide (CO2) into valuable biochemicals. In this study, bioelectrochemical acetate production from CO2 was studied in an H-type two-chambered reactor system with an anaerobic microbial consortium. Metal-rich mud flat was used as the inoculum and incubated electrochemically for 90 days under a cathode potential of -1.1 V (vs. Ag/AgCl). Four consecutive batch cultivations resulted in a high acetate concentration and productivity of 93 mmol/L and 7.35 mmol/L/day, respectively. The maximal coulombic efficiency (rate of recovered acetate from supplied electrons) was estimated to be 64%. Cyclic voltammetry showed a characteristic reduction peak at -0.2~-0.4 V, implying reductive acetate generation on the cathode electrode. Furthermore, several electroactive acetate-producing microorganisms were identified based on denaturing- gradient-gel-electrophoresis (DGGE) and 16S rRNA sequence analyses. These results suggest that the mud flat can be used effectively as a microbial source for bioelectrochemical CO2 conversion.
Kim, SunKyung;Kim, ChanMi;Chang, Hankwon;Jang, Hee Dong
Particle and aerosol research
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v.15
no.4
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pp.127-137
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2019
Recently, high electrochemical performance anode materials for lithium ion secondary batteries are of interest. Here, we present silicon-carbon-graphene (Si-C-GR) composites for high performance anode materials of lithium ion secondary battery (LIB). Aerosol process and heat-treatment were employed to prepare the Si-C-GR composites using a colloidal mixture of silicon, glucose, and graphene oxide precursor. The effects of the size of the silicon particles in Si-C-GR composites on the material properties including the morphology and crystal structure were investigated. Silicon particles ranged from 50 nm to 1 ㎛ in average diameter were employed while concentration of silicon, graphene oxide and glucose was fixed in the aerosol precursor. Morphology of as-fabricated Si-C-GR composites was generally the shape of a crumpled paper ball and the Si particles were well wrapped in carbon and graphene. The size range of composites was about from 2.2 to 2.9 ㎛. The composites including silicon particles larger than 200 nm in size exhibited higher performance as LIB anodes such as capacity and coulombic efficiency than silicon particles less than 100 nm, which were about 1500 mAh/g at 100 cycles in capacity and 99% in coulombic efficiency, respectively.
Electrochemical characteristics of a graphite/lithium and a $LiCoO_2/lithium$ half cell and a $graphite/LiCoO_2$ full cell were analyzed using a GCSOC (gradual control test of the state of charge) technique. The IIE (initial intercalation coulombic efficiency), which represents lithium intercalation property of the electrode material, and the $lIC_s$ (initial irreversible capacity by the surface), which represents irreversible reaction between the electrode surface and the electrolyte were obtained from the GCSOC analysis. Linear-fittable capacity ranges of IIE of graphite and $LiCoO_2$ electrodes were 370 and 150 mAh/g, respectively, based on material weight. The value of lIE for graphite and $LiCoO_2$ electrodes were $93-94\%$ and $94-95\%$, respectively. The value of IICs for graphite and $LiCoO_2$ electrodes were 15-17 mAh/g and 0.3-1.7 mAh/g, respectively. The value of IIE for $graphite/LiCoO_2$ full cell, used GX25 and DJG311 as a graphite, was $89-90\%$ that lower than that for the half cells. Parameters of IIE and IICs can also be used to represent not only half cell but also full cell.
CHOI, YOUNGJIN;JOOYOUNG SONG;SEUNHO JUNG;SUNGHYUN KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.11
no.5
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pp.863-869
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2001
A systematic study of microbial fuel cells comprised of alkalophilic Bacillus sp. B-31 has been carried out under various operating conditions. A significant amount of electricity was generated when redox mediators were used. Among the phenothiazine-type redox dyes tested, azure A was found to be the most effective both in maintaining a high cell voltage and for the long-term operation. The maximum efficiency was and for the long-term operation. The maximum efficiency was obtained at ca. $50^{\circ}C$ giving an open circuit voltage of 0.7V. A small change in temperature did not significantly affect the cell performance, but a rapid decrease in performance was observed below $20^{\circ}C$ and above $70^{\circ}C$. It was noticeable that fuel cell efficiency and discharge pattern depended strongly on the carbon source used in the initial culture medium. Regardless of the initial carbon sources, only glucose and trehalose were utilized as substrates. Galactose, however, was not substantially utilized except when galactose was used in the initial medium. Glucose, in particular, showed $87\%$ coulombic efficiency, which was the highest value ever reported, when Bacillus sp. was cultured in a maltose-containing medium. This study demonstrates that highly efficient microbial fuel cells can be constructed with alkalophilic microorganisms by fine-tuning the operating conditions and by carefully selecting carbon sources in the initial culture medium.
Vanadium redox flow batteries (VRFBs) using the electrolytes containing various vanadium ions in sulfuric acid as supporting solution are one of the energy storage devices in alternatively charging and discharging operation modes. The positive electrolyte contains $V^{5+}/V^{4+}$ and the negative electrolyte $V^{2+}/V^{3+}$ depending on the operation mode. To prevent the mixing of two solutions, proton exchange membranes are mainly used in VRFBs. Nafion 117 could be the most promising candidate due to the strong oxidative property of $V^{5+}$ ion, but causes high crossover of electroactive species to result in a decrease in coulombic efficiency. In this study, the composite membranes using Nafion ionomer and porous polyethylene substrate were prepared to keep good chemical stability and to decrease the cost of membranes, and were compared to the properties and performance of the commercially available electrolyte membrane, Nafion 117. As a result, the water uptake and ionic conductivity of the composite membranes increased as the thickness of the composite membranes increased, but those of Nafion 117 slightly decreased. The permeability of vanadium ions for the composite membranes significantly decreased compared to that for Nafion 117. In a single cell test for the composite membranes, the voltage efficiency decreased and the coulombic efficiency increased, finally resulting in the similar energy efficiency. In conclusion, the less cost of the composite membranes by decreasing 6.4 wt.% of the amount of perfluorinated sulfonic acid polymer due to the introduction of porous substrate and lower vanadium ion permeability to decrease self-discharge were achieved than Nafion 117.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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