양극부 반응속도 증가에 기여하는 교차흔합 현상이 중요하며, 이는 에너지 발생 및 효율 향상에 큰 영향을 미친다. 저가의 금속 이온 등을 포함한 전자 수용체를 이용하여 양극부 반응속도를 향상시킬 수 있는지, air-cathode 미생물연료전지와 발전량 및 경제성을 비교하였다. 미생물연료전지는 비생물을 이용하여 유기오염물질을 정화하는 과정에서 직접 에너지를 발생시킬 수 있으므로, 환경보전과 에너지 생산에서 중요한 기술로 각 광받고 있다. 이 시스템은 다양한 계류를 전자공여체로 사용하여 폐수 처리 효과와 함께 전기에너지를 생산할 수 있다.
<h1>서 론</h1> <p>최근에 개발되기 시작한 실재샹 에너지 기술 중 하나인 비생물연료전지는 비생물을 이용하여 유기호몁물질을 정화 하는 화정에서 진기에너지풀 상신할 수 있기 때문에 환겅보 전과 에니지생산에 매우 유이한 선구분야로 변구가 빠르게 진행되고 있다. 죽, 미생물연료전지는 전자공어치(electron donor)로 다양한 계수(단소원)를 이용-하여 폐수치리 효과는 물론 전기에너지를 생산할 수 있는 시스템이다. 미생물연료진지는 음극부화 양극부, 그리고 양극후와 음 극부를 분리하는 양이온 쿄만막으로 구성되어 있다. 음극부에는 항혀배앙덩 미생뚬이 대사과정에서 진자거여쳬로 중급 뎌는 헤수(기진)코부더 전자와 수소이은을 셍성한다. 이렇게 발생된 진자는 외부 회로로 진단되고, 수소이온은 양이온 교 환막을 통해 앙극부로 이등하게 턴다. 앙극부에서는 은극부 로부터 전달된 전자와 수소이온 그리고 양그바에 공급해 주 는 산소가 반응하여 최중러으로 전기에너지와 물이 셍성뇌 는 시스템이다.</p> <p>양극반응 : \( 4 \mathrm { H } ^ { + } + 4 \mathrm { e } ^ { - } + \mathrm { O } _ { 2 } \rightarrow 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } \)</p> <p>미생물연료진지에서 전규 날생은 양극반응에 크게 엉향을 반는테 [12], 이러한 앙 극난응은 활성화 건압 선실(activation losses), 저항 전압 손실(ohmic losses), 말질 전달 전압 손실 (mass transfer losses)를 최소화하여 운전할 매 전류 박싱을 극대화 시킬 수 있다. 가장 인반적인 헝대인 할성화 전압손 신은 앙극 반용에 사용되는 산소가 진극표면에서의 환원 속</p> <p>도가 느려 생기는 전압 손실이다. 미생물연료전지 운전시 영 항을 가장 크게 미치는 졔한 인자 중 하나이다. 저항 전압손 실은 흔히 와리가 내부지항(intemal resistance) 이라고도 하 미 진자(electron)와 수소이온(proton)의 진달 프루세스를 구 동하는뎨 펄요한 전암으로 전해질(electrolyte) 지항에 의해 영항을 받는다. 물질 전달 전압순실은 반응물질(예, \( \mathrm { O } _ { 2 } , \mathrm { H } ^ { - } \), e) 공급과 생성물(여, \( \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } \) )을 제거하는 프로세스에 의혜 여 항을 반는더[12], 미생물언료전지률 월건할 때, 이와 갅은 전 암손실을 감소시키기 위하여 다양한 방썹들이 시도 되었다 \( [2,10,13,14] \). Pham 등은 향극부에 공갑하는 산소의 포화 undefined undefined 양구ㄱㅜㅜ 산소 포회눙도를 감소시킬 수 있다는 연구 결가를 빨 표하였다[12]. 가장 잎반적으로 사용뎌로 있는 버금훔미 이 용 딴소전극을 시용하였은 때 시용하지 않았을 때보다 전력 생신이 중가하었다는 내용은 Pham 등 외에도 여러 형구 건 과에서 보여주었다 \( [1,3] \). 그리나 네금혺메는 산소클 환원시 키느 혹며로 퓌어나지만 고가외 비용 띠뭉에 미생물연라진 지 크기를 회대할 때는 세한인사로 착용한 수 있다. 따라서 이버한 뭊ㅈ젂을 개선하기 위히여 서가외 금혹을 이용한 앙 극 + ㅜㅇㅢ 산소 횐원속도를 항삼시릴 수 있는 언구가 시도녀었 다. 이허한 시도를 위혜서 초기 이숑된 방법은 매개체로 ferricyanide를 이숑하었으나 이 방뱁은 ferricyanide가 갖는 완성 위해성 내문에 장기간 운전에 칙용하기 어리운 던전이 있다[13]. Zhao 등은 pyrolyzed-Fe(II) phthalocyanine(pyт- Fepc)와 coball-tetramethylpheriylporphyrin (CoMPP) 을 이용 하여 빅금퐈 비슷한 견과들 언었다고 박효하었으머[15], You 풍은 산소보다 디 노은 산화횐원 전위를 갖는 산화게인 Permanganate \( \left ( \mathrm { MnO } _ { 4 } ^ { - } \right ) \)를 이용한 건과 ferricyanide시마 \( 4.5 \) 배, 산소보뎌는 11베 더 많은 전력은 셍산하였ㄴ + [14]. 그리 나 이 반응은 낫은 \( \mathrm { pH } \) 조건에서 일어나벼 과망잔산 이은이 고갈되먼 다시 첨가해휘야 하는 문제징이 있다. 이외에도 미 생믈을 후매로 이용하어 한원헨 manganese ion \( \left ( \mathrm { Mn } ^ { 21 } \right ) \) 금 억이온을 다시 산하시켜 사영한 사레도 있다[13]. Jang 둥은 양극부를 산성화(acidification)하이 전류발생이 중가되는 것을 화인합으로씨 수소이온 농도에 의해 전퓨반 생이 세한되고 있음을 화인하였나[3]. 이와 난련하여 Lui 등 과 Zhao 등은 \( \mathrm { KCl } \) 과 phosphate buffer랄 이용한 전해진 농 도를 증가시켜 이은전달을 용이하계 함으로쎄 전뷰가 각각 \( 42 \% \) 와 \( 53 \% \) 증가녀있다고 발표하있다 \( [7,13,16] \). 또한 양이은 교환막(뱀브레인) 두께가 수소이은의 진달에 영향을 미치는 연구결과가 발표되었는네[11], 막의 두게가 두꺼위지면 저항 전압손실이 커지고, 깐대로 앾으면 기질의</p> <p>교차흔합(crossover)이 문제가 뇌는 것으로 나타났다. 이와 같이 양극부 반응 훅도를 증가시키기 위한 다양탄 연구가 한 발헤 진형되고 있는데 이것은 양극부 반응속도를 항상시키 는 것이 에니지발셍 및 효율 향상에 미치는 영항이 크기 며</p> <p>문이나. 본 션구는 저가의 금속이온 등을 포함한 전자수용체를 이 용하여 향극반응 숙도를 향상시킨 수 있는지, 또한 air- cathode 미쟁물연료진지와 진력 발생랑을 비교하여 경제성 을 늪일 수 있는지를 화인하기 위해 수행되었다.</p>