earticle

영어

Microbial Fuel cell (MFC) is an innovative electrochemical system, being developed for an energy positive wastewater treatment process for a sustainable society. Development of cathode technology is very important for practical use of MFC. In this study, for developing practical cathode catalyst technology, physico-chemically modified activated carbon catalysts and platinum were tested for performance and electrochemical characterization in an MFC under a same condition, potentially to replace expensive platinum catalysts. Comparing with a maximum power density of a platinum-coated cathode (976 mW/m2), a Co-N-C/AC cathode made with activated carbon doped with cobalt and 1,10-phenanthroline at 800oC produced 1,526 mW/ m2 in the MFC condition, which was 56% higher than the Pt-coated cathode. A 500AC cathode made with heat-treated activated carbon at 500oC produced 1,394 mW/m2 and non-treated activated carbon cathode (Plain AC) produced 1,014 mW/m2. The tested activated-carbon electrodes showed electrochemical performance and power production superior to the Pt-coated cathode. Electrochemical performance of cathodes was increased as more physico-chemical treatments were added to activated carbon catalysts. Cathode impedance results showed that enhanced electrochemical performance was attributed to decrease of cathode charge transfer resistance, possibly due to the physical-chemical modification of activated carbon and the catalyst change.

한국어

미생물연료전지(microbial fuel cell, MFC)는 지속적인 사회를 목표로 현재 에너지 공급형 폐수처리 공정으로 개발되고 있는 혁신적인 전기화학 시스템이다. 환원 전극 기술 개발은 MFC의 실용화에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 실용적인 환원 전 극 기술 개발을 위하여, 값비싼 백금 촉매를 대체할 활성탄의 물리화학적 개질에 따른 MFC의 성능 및 전기화학적 특성을 동 일한 조건에서 비교하였다. 백금 환원 전극(Pt)의 최대 전력 밀도 976 mW/m2에 대비하여, 활성탄을 코발트와 1,10-페난트롤린 으로 800oC에서 개질하여 제작한 환원 전극(Co-N-C/AC)의 최대 전력 밀도가 1,526 mW/m2으로 백금 환원 전극(Pt)보다 56% 높았으며, 500oC 열처리한 활성탄 환원 전극(500AC)은 1,394 mW/m2이며, 아무 처리하지 않은 활성탄(Plain AC)은 1,014 mW/ m2였다. 전기화학적 성능과 전력 생산에 있어 활성탄 환원 전극이 백금 환원 전극 보다 우수하였으며, 활성탄 촉매의 물리화학 적 처리가 증가함에 따라 전기화학적 성능이 더 우수해졌다. 환원 전극 임피던스 측정 결과, 활성탄의 물리화학적 개질과 촉매 의 교체에 의한 환원 전극의 전하 이동 저항의 감소에 의해 전기적인 성능이 향상된 것으로 생각된다.