طرح درس پیل سوختی میکروبی MFC ( Microbial Fuel Cell ) ، جلسه دوم

وسایل مورد نیاز : اینترنت

تاریخچه پیل سوختی میکروبی
در پایان قرن اخیر، ایده استفاده از پیل‌ های میکروبی در تلاش برای تولید الکتریسیته ارائه شد. به گونه‌ای که M.C. Potter پروفسور گیاه‌شناسی در دانشگاه Durham، اولین کسی بود که در سال ۱۹۱۱ کار بر روی آن را آغاز نمود. Potter قصد تولید الکتریسیته از E. coli را داشت. در سال ۱۹۳۱، Branet Cohen با ایجاد تعدادی پیل‌سوختی میکروبی نیمه که به صورت سری به یکدیگر متصل شده بودند و ظرفیت تولید بیش از ۳۵ ولت تنها با ۲ میلی‌آمپر جریان را داشتند. کار وی را ادامه داد. فعالیت بیشتر در این زمینه توسط DelDuca و همکاران صورت گرفت. آن‌ها از هیدروژن تولید شده توسط تخمیر گلوکز با Clostridium butyricum که به عنوان ماده واکنش دهنده در آند پیل‌سوختی هوایی و هیدروژن قرار داشت، استفاده نمود. متأسفانه با وجود آن‌که پیل کار نمود، به دلیل طبیعت ناپایدار تولید هیدروژن از طریق میکروارگانیسم‌ها غیرقابل اطمینان بود. اگرچه این مسئله در ادامه توسط سوزوکی و همکاران در سال ۱۹۷۶ حل شد.

حتی با گذشت زمان از کار سوزوکی جزئیات کمی از چگونگی عملکرد پیل‌سوختی میکروبی بدست آمد تا این‌ که بررسی بیشتر توسط MJ Allen و در ادامه توسط H.Peter Benetto هر دو از KingCollege لندن، صورت گرفت. Bennetto پیل‌ سوختی را به عنوان یک روش برای تولید الکتریسینه برای کشورهای جهان سوم مدنظر قرار داد. او کار خود را در اوایل دهه ۱۹۸۰ شروع و به فهم چگونگی عملکرد پیل‌ های‌ سوختی کمک شایان توجهی نمود.

هم‌اکنون یافته‌ها حاکی از آن است که الکتریسیته می‌تواند مستقیماً از تجزیه مواد آلی در یک پیل‌سوختی میکروبی تولید شود، اگرچه مکانیسم دقیق فرآیند هنوز باید به درستی مشخص گردد. همانند یک پیل‌سوختی معمولی، یک MFC نیز دارای محفظه کاتدی و آندی دقیق فرآیند می‌باشد، به‌گونه‌ای که محفظه آندی غیر هوازی از درون به محفظه کاتدی توسط یک غشاء تبادل یونی متصل شده است و مدار به کمک یک سیم خارجی کامل می‌شود.
تعاریف :
کاتیون: بیشتر کاتیون ها، یون های تک اتمی‌اند که توسط فلزات بوجود می‌آیند. اگر فلز تنها یک نوع کاتیون ایجاد کند، نام یون، همانند فلز مربوط است. +Na یون سدیم است. یعنی فلز سدیمی که ابتدا بصورت گازی در آمده است و از سدیم یک الکترون با اعمال انرژی یونش گرفته شده است، 2+Mg یون منیزیم است 3+Al، یون آلومینیوم است.                 
برخی از فلزات بیش از یک نوع کاتیون بوجود می‌آورند. در اینگونه موارد، با نشان دادن تعداد بار کاتیون ها در نامشان آنها را متمایز می‌کنیم. بار این نوع کاتیون ها بصورت ارقام لاتین بعد از نام فارسی عنصر قرار داده می‌شود +Cu ، یون مس (I) و 2+Cu ، یون مس (II) است.

آنیون : آنیون های تک‌ اتمی از اتم فلزات به وجود می‌آیند. نام آنها از طریق حذف بخش آخر نام عنصر و افزودن پسوند "- ید" به باقیمانده به دست می‌آید،  -Cl یون کلرید است.

کاتد : کاتد الکترودی است که در کنار آن واکنش احیا صورت می‌گیرد یا به عبارت دیگر الکترون مصرف می‌شود

آند : آند الکترودی است که در آن اکسیداسیون رخ می‌دهد یا به عبارت دیگر در آن الکترون آزاد می‌شود

ولتاژ: ولتاژ یا اختلاف پتانسیل دو نقطه، نیروی الکتریکی است که جریان الکتریکی را بین آن دو نقطه برقرار می‌سازد. به عبارت دیگر ولتاژ برابر با مقدار کار لازم برای جابه‌جا کردن واحدبار الکتریکی از نقطه‌ای به نقطه ی دیگر است.

میکروارگانیسم : هر موجود زنده ای که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نباشد و تنها قادر باشیم زیر میکروسکوپ آن را ببینیم، میکروارگانیسم نامیده می شود. میکروارگانیسم ها شامل باکتری ها، آغازیان و بعضی از قارچ ها مانند مخمرها هستند.

زیست توده : زیست توده (به انگلیسی Biomass) یا بیومس یک منبع تجدید پذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست می‌آید. به‌طورکلی زباله‌هایی که منشأ زیستی داشته باشند و از تکثیر سلولی پدید آمده باشند بیومس نامیده می‌شوند.

مطالب مرتبط:
طرح درس پیل سوختی میکروبی MFC ( Microbial Fuel Cell ) ، جلسه اول
طرح درس پیل سوختی میکروبی MFC ( Microbial Fuel Cell ) ، جلسه دوم
طرح درس پیل سوختی میکروبی MFC ( Microbial Fuel Cell ) ، جلسه سوم
طرح درس پیل سوختی میکروبی MFC ( Microbial Fuel Cell ) ، جلسه چهارم
طرح درس پیل سوختی میکروبی MFC ( Microbial Fuel Cell ) ، جلسه پنجم


بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: سمیه علمافر
تنظیم: نسرین صادقی