Design, improvement in the construction and analysis of the electrical efficiency of a microbial fuel cell

Abstract

The scientific community is in urgent need to develop instrumentation capable of using alternate energy sources which help to solve the petroleum crisis that world is encountering today. Among the proposed technologies, microbial fuel cells (MFCs) can be a viable alternative to alleviate this problem. MFCs are devices that allow the conversion of organic matter into electricity through the metabolic activity of microorganisms. The MFC design used in our investigation consisted of two glass cylindrical compartments arrange one inside the other and partition with a Nafion proton exchange membrane. The larger cylinder composes the anode compartment with a volume capacity of 250mL of microbial growth media, while the smaller cylinder consist of the cathode compartment which holds a volume of 50mL of 0.1M potassium ferricyanide. Using this setup, the use of bacteria obtained from contaminated soil was investigated including the addition of glucose to the microbial growth media (tryptone and yeast extract media) and the addition of PBS in the cathode compartment. The design was tested with different resistors to evaluate the compliance with Ohm's Law. It was found that the mixed bacterial culture obtained in the contaminated soil belong to the gram negative species with "coccus" and "bacillus" shape, and capable of producing an electric current between 0.35 - 0.36mA and cell voltage 166 - 170 mV using a 470ohm resistor. A 432mC increase in the coulombic output was obtained with the addition of glucose to the protein media and PBS addition in the cathode compartment did not improved MFC performance.

La comunidad científica está en urgente necesidad de desarrollar alternativas capaces de utilizar fuentes alternas de energía que ayuden a resolver la crisis del petróleo que el mundo está enfrentando hoy en día. Entre las tecnologías propuestas, las células de combustible microbianas (MFC), constituyen una alternativa viable para aliviar este problema. MFC son dispositivos que permiten la conversión de la materia orgánica en electricidad a través de la actividad metabólica de los microrganismos. El diseño de MFC utilizado en nuestra investigación consistió en dos compartimentos de vidrio cilíndricos insertado uno dentro del otro y la partición con una membrana de Nafion de intercambio de protones. El cilindro más grande compone el compartimiento del ánodo con una capacidad de volumen de 250 ml de medio de crecimiento microbiano, mientras que el cilindro más pequeño consiste en el compartimiento catódico que contiene un volumen de 50 ml de ferricianuro de potasio 0.10 M. Utilizando esta configuración, el uso de bacterias obtenido a partir de suelo contaminado fue investigado incluyendo la adición de glucosa al medio de crecimiento microbiano (triptona extracto de levadura y medios) y la adición de PBS en el compartimiento catódico. El diseño ha sido probado con resistencias diferentes para evaluar el cumplimiento de la Ley de Ohm. Se encontró que el cultivo mixto bacteriano obtenido en el suelo pertenecen a las especies gram negativas con formas de "cocos" y "bacilos", capaces de producir una corriente eléctrica entre 0.35 - 0.36mA y voltajes de 166 - 170 mV utilizando una resistencia de 470Ω. Un aumento en la salida 432mC culómbica se obtuvo con la adición de glucosa a los medios de proteína, y la adición de PBS en el compartimiento del cátodo no mejoró el rendimiento de MFC.