CS240940B1 - Acid-base bio-battery using aquatic plants - Google Patents

Acid-base bio-battery using aquatic plants Download PDF

Info

Publication number
CS240940B1
CS240940B1 CS846568A CS656884A CS240940B1 CS 240940 B1 CS240940 B1 CS 240940B1 CS 846568 A CS846568 A CS 846568A CS 656884 A CS656884 A CS 656884A CS 240940 B1 CS240940 B1 CS 240940B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
algae
acid
electrodes
biobattery
tellurium
Prior art date
Application number
CS846568A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CS656884A1 (en
Inventor
Ludmila Nespurkova
Renata Rybova
Karel Janacek
Original Assignee
Ludmila Nespurkova
Renata Rybova
Karel Janacek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ludmila Nespurkova, Renata Rybova, Karel Janacek filed Critical Ludmila Nespurkova
Priority to CS846568A priority Critical patent/CS240940B1/en
Publication of CS656884A1 publication Critical patent/CS656884A1/en
Publication of CS240940B1 publication Critical patent/CS240940B1/en

Links

Classifications

    • Y02E60/12

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)

Abstract

Rašením je acidobazická biobaterie využívající vodních rostlin, s výhodou zelené sladkovodní řasy Hydrodictyon reticulatum. Biobaterii tvoří skleněná nádobka, v jejíž jedné části je jako elektrolyt osvětlená suspenze řas, které alkalyzují svě prostředí, a v její druhé části je rybniční voda nebo kyselý pufr. Elektrody jsou z materiálu citlivého na pil, s výhodou z antimonu, teluru, slitiny olova a cínu pokryté vrstvou oxidu manganičitého, přičemž přepážku tvoří celulózová membrána, nebo elektrody jsou argentchlorldovó nebo uhlíkové, přičemž přepážku tvoří na pH citlivý materiál, s výhodou antimon, telur, nebo slitina olova a cínu pokrytá vrstvou oxidu manganičitého. Jedná se o nový způsob přeměny sluneční energie na elektrickou, při kterém se využívá schopnosti některých řas a případně i vyšších rostlin výrazně měnit pil svého okolí a rozdíl pl! mezi dvěma prostředími slouží jako zdroj volné energie pro biobaterii.The algae is an acid-base biobattery using aquatic plants, preferably the green freshwater algae Hydrodictyon reticulatum. The biobattery consists of a glass container, in one part of which there is an illuminated suspension of algae, which alkalize their environment, as an electrolyte, and in the other part there is pond water or an acidic buffer. The electrodes are made of a pH-sensitive material, preferably antimony, tellurium, a lead-tin alloy covered with a layer of manganese dioxide, while the partition is made of a cellulose membrane, or the electrodes are silver chloride or carbon, while the partition is made of a pH-sensitive material, preferably antimony, tellurium, or a lead-tin alloy covered with a layer of manganese dioxide. This is a new method of converting solar energy into electricity, which uses the ability of some algae and possibly higher plants to significantly change the pH of their surroundings, and the difference in pH between the two environments serves as a source of free energy for the biobattery.

Description

Vynález se týká acidobazické biobaterie využívájící vodních rostlin.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an acid-base biobaterium utilizing aquatic plants.

□edná se o nový způsob přeměny sluneční energie na elektrickou, při kterém se využívá schopnosti některých řas a případně i vyěěich rotlin výrazně měnit pH svého okolí při osvětlení slunečním světlem nebo jiným zdrojem světla} rozdíl pH mezi dvěma prostředími pak slouží jako zdroj volné energie pro biobaterii. Elektrická energie je přitom vedlejším produktem při nárůstu biomasy vodních rostlin.It is a new way of converting solar energy into electric energy, which uses the ability of some algae and possibly even higher rotin to significantly change the pH of their surroundings when illuminated by sunlight or other light source} the pH difference between two environments then serves as a source of free energy for biobaterii. Electricity is a by-product of the growth of biomass in aquatic plants.

Biobaterie doposud navrhované, kde bioanodu nebo i biokatodu vytvářejí mikroorganismy (např. bakterie Rhodospirillum rubrum, Próteus vulgaris, Micrococcus cerificans, Escherichia coli, Alcaligenes eutrophus a různé sinice) nebo řasy (Chlorella) jsou redukčně oxidačního typu (Oisalvo E.A., Viděla K.A.: Biotechnol. Bioeng. 23, 1159-1164, 1981} Benneto H.P., Stirling O.L., Tanaka K., Vega C.A.: Biotechnol. Bioeng. 25, 559-568, 1983} OelaneyBiobatteries proposed so far, where bioanode or even biocatode are produced by microorganisms (eg Rhodospirillum rubrum, Proteus vulgaris, Micrococcus cerificans, Escherichia coli, Alcaligenes eutrophus and various cyanobacteria) or algae (Chlorella) are of redox oxidation type (Oisalvo EA, Bioeng. 23, 1159-1164, 1981} Benneto HP, Stirling OL, Tanaka K., Vega CA: Biotechnol. Bioeng., 25, 559-568, 1983} Oelaney.

G.M., Roller S.O., Bennetto H.P., Mason J.R., Stirling □·!_., Thurston C.F.: v Charge and Field Effects in Biosystems, eds. Allen M.O. a Usherwood P.N.R., England, 1984, v tisku; Tanaka K., Bennetto H.P.: tamtéž). Jedná se zde o anodickou oxidaci nebo katodickou redukci přidaného organického substrátu za účasti bioelektrochemických přeměn způsobených živým organismem. Vlastní elektrodové děje probíhají na platinových elektrodách, substrátem je nejčastěji glukóza. Reakční mechanismy na elektrodách nebyly zatím zcela objasněny.G.M., Roller S.O., Bennetto H.P., Mason J.R., Stirling, J., Thurston C.F., Charge and Field Effects in Biosystems, eds. Allen M.O. and Usherwood P.N.R., England, 1984, in press; Tanaka K., Bennetto H.P .: ibid. It is an anodic oxidation or cathodic reduction of added organic substrate with the participation of bioelectrochemical transformations caused by a living organism. The actual electrode processes take place on platinum electrodes, the substrate being glucose. The reaction mechanisms at the electrodes have not yet been fully elucidated.

Při konstrukci biobaterii nebyl doposud využit princip acidobazický. Je však známo, že některé sitovité řasy (Hydrodictyon reticulatum) i řasy vláknité (Cladophora glomerata a Rhizoclonium hieroglyphicum) alkalizuji při ozáření slunečním světlemSo far, the acid-base principle has not been used in the construction of biobatteries. However, it is known that alkaline algae (Hydrodictyon reticulatum) and filamentous algae (Cladophora glomerata and Rhizoclonium hieroglyphicum) are alkalinized by irradiation with sunlight

- 2 240 940 své prostředí až nad pH 10. Na druhé straně například vyěěí vodní rostlina okřehek (Lemna gibba) působí mírné okyseleni svého prostředí (Novačky A·, Ullrich-Eberius C.I., Luttge U,: Planta 149. 321-326, 1980).- 2 240 940 its environment above pH 10. On the other hand, for example, a larger aquatic duckweed plant (Lemna gibba) causes a slight acidification of its environment (Novinky A, Ullrich-Eberius CI, Luttge U, Planta 149, 321-326, 1980) ).

Acidobazická biobaterie podle vynálezu obsahuje skleněnou nádobku rozdělenou na dvě části s kladnou a zápornou elektrodou. Podstatou vynálezu je, že elektrolyt v jedné části nádobky tvoří osvětlená suspenze vodních rostlin, s výhodou řas, které alkalizuji své prostředí, a v druhé části nádobky je rybniční voda nebo kyselý pufr a elektrody jsou z materiálu citlivého na pH, s výhodou antimonu, teluru, slitiny olova a činu pokryté vrstvou oxidu manganičitého, přičemž přepážku tvoří celulózová membrána, nebo elektrody jsou argentchloridové nebo uhlíkové, přičemž přepážku tvoří na pH citlivý materiál, s výhodou antimon, telur, slitina olova a cínu pokrytá vrstvou oxidu manganičitého. □ako elektrolytu v jedné části nádobky se s výhodou použije suspenze zelené sladkovodní řasy Hydrodictyon reticulatum.The acid-base biobattery of the invention comprises a glass container divided into two parts with a positive and a negative electrode. It is an object of the invention that the electrolyte in one part of the container is an illuminated suspension of aquatic plants, preferably algae, which basify their environment, and the other part of the container is pond water or acid buffer and electrodes are pH sensitive material, preferably antimony, tellurium , lead and tin alloys coated with a manganese dioxide layer, wherein the barrier is a cellulose membrane, or the electrodes are argentchloride or carbon, the barrier being a pH sensitive material, preferably antimony, tellurium, a lead-tin alloy coated with a manganese dioxide layer. Zelené a suspension of green freshwater algae Hydrodictyon reticulatum is preferably used as the electrolyte in one part of the container.

Výhodou acidobazického článku podle vynálezu je, že využívá růstu řas Hydrodictyon reticulatum v jejich přirozeném prostředí, zejména ve vodách naěich rybníků, a do média se nemusí přidávat žádný organický substrát. Tyto řasy se daji použit jako* biomasa v některých oborech zemědělství. Základní výhodou je ověem model využiti slttnečni energie k tvorbě energie elektrické.An advantage of the acid-base cell of the invention is that it utilizes the growth of Hydrodictyon reticulatum algae in their natural habitat, especially in the waters of our ponds, and no organic substrate need be added to the medium. These algae can be used as biomass * in some fields of agriculture. The basic advantage is the model of using solar energy to generate electric energy.

Spojeni dvou prostředí o různém pH pomoci pH-senzitivnich elektrod a můstku (případná pH-selektivni membrány a dvou elektrod pro obvod proudu) je zdrojem elektromotorického napětí, v podstatě obecně známého jako princip pH-metrů.The connection of two different pH environments by means of pH-sensitive electrodes and a bridge (an optional pH-selective membrane and two electrodes for the current circuit) is a source of electromotive voltage, generally known as the pH-meter principle.

Skláněné elektrody, dnes již výhradně užívané pro měření pH, jsou ověem pro svůj vysoký ohmický odpor zcela nepoužitelné pro odběr proudu. Neplatí to věak o dnes polozapomenutých elektrodách antimových, telurových případně o inertním kovu pokrytém oxidem manganičitým (viz. např. Tomíček 0·, Poupě F.:However, glass electrodes, now exclusively used for pH measurement, are completely useless for current collection due to their high ohmic resistance. This does not apply to today's semi-forgotten antim, tellurium, or inert electrodes coated with manganese dioxide (see eg Tomíček 0 ·, Poupě F .:

Coll. Czechoslov. Chem. Comm. 8, 520, 1936i Vinogradovová O.N.: Metody stanoveni koncentrace vodíkových iontů. Přírodovědecké vydavatelství, Praha, 1953), jejichž odpor je podstatně nižěi.Coll. Czechoslov. Chem. Comm. 8, 520, 1936i Vinogradovová O.N .: Methods for Determination of Hydrogen Ion Concentration. Natural Science Publishing House, Prague, 1953), whose resistance is much lower.

240 940240 940

Některé typy uspořádáni acidobazické biobaterie podle vynálezu jsou schematicky znázorněny na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je zobrazena acidobazické biobaterie podle vynálezu, která obsahuje v jedné části osvětlenou suspenzi řas Hydrodictyon reticulatum a v druhé části umělou rybniční vodu, přičemž obě elektrody jsou vyrobeny z antimonu a membrána oddělující kyselé a bazické prostředí je celulězová; na obr. 2 je podobná biobaterie jako na obr· 1 s tím rozdílem, že obě části odděluje přepážka s telurovou tyčinkou a s argentchloridovými elektrodami a na obr· 3 biobaterie podle vynálezu s průtokovým uspořádáním.Some types of acid-base biobattery according to the present invention are schematically shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows an acid-base biobattery according to the present invention comprising an illuminated suspension of Hydrodictyon reticulatum algae in one part and artificial pond water in the other part. the antimony and the membrane separating the acidic and basic media is cellulosic; FIG. 2 is a similar biobattery to that of FIG. 1 except that the baffle with a tellurium rod and the argent chloride electrodes separates the two parts; and FIG. 3 a biobattery according to the invention with a flow arrangement.

Na obr. i je znázorněna acidobazické biobaterie podle vynálezu sestávající ze skleněné nádobky JL rozdělené membránou 5 na dvě části, z nichž jedna Část 3 obsahuje osvětleaou suspenzi řas Hydrodictyon reticulatum v množství 300 mg v 10 ml umělé rybniční vody (lmM chloridu draselného KC1 , 0,1 mM chloridu sodného NaCl a 0,1 mM chloridu vápenatého CaCl^ ) s pH=9,5 až 10 a druhá část 4 obsahuje umělou rybniční vodu s pHe5,8.Figure 1 shows an acid-base biobattery according to the invention consisting of a glass vial JL divided into two parts by membrane 5, one of which part 3 contains an illuminated suspension of 300 mg algae of Hydrodictyon reticulatum in 10 ml of artificial pond water (1mM potassium chloride KCl). 1 mM sodium chloride NaCl and 0.1 mM calcium chloride (pH = 9.5-10) and the second part 4 contains artificial pond water with pHe5.8.

Obě elektrody 2 (kladná i záporná) jsou vyrobeny z pH-selektivního prvky - antimonu. Membrána oddělující kyselé a alkalické médium je celulózová (Cuprofan).Both electrodes 2 (positive and negative) are made of pH-selective elements - antimony. The membrane separating the acid and alkaline media is cellulose (Cuprofan).

Na obr. 2 je schematicky znázorněna acidobazické biobaterie podle vynálezu podobného provedení jako na obr. 1 s tím rozdílem že místo membrány 5 je k oddělení obou roztoků použita pevná pře pážka 7 se zabudovaným pH-selektivním prvkem 6 z teluru. Proud je odváděn argentchloridovými elektrodami 2, které lze snadno regenerovat občasnou výměnou polohy.Figure 2 is a schematic representation of an acid-base biobattery according to the invention similar to Figure 1 except that a solid barrier 7 with a built-in pH-tellurium element 6 is used instead of the membrane 5 to separate both solutions. The current is discharged by the Argentine chloride electrodes 2, which can be easily regenerated by intermittent position change.

Elektromotorická síla článků byla v obou případech od 150 do 180 mV, proud při maximálním výkonu (vnější odpor blízký vnitřnimu) byl 4,5 až 5,5 * 10“ A.cm“ povrchu elektrody, maximál-7 —2 ni výkon biobaterii tedy byl 1.10 W.cm povrchu elektrody.The electromotive force of the cells was in both cases from 150 to 180 mV, the current at the maximum power (external resistance close to the internal) was 4.5 to 5.5 * 10 "A.cm" electrode surface, the maximum -7 - 2 the electrode surface was 1.10 W.cm.

Vhodným uspořádáním pro stálý odběr proudu by byla kultivace řas Hydrodictyon reticulatum v protékající umělé rybniční vodě, tak aby byl zajištěn kostantní výkon pří zatížení. Tento typ acidobazické biobaterie podle vynálezu je schematicky znázorněn na obr. 3. článek je podobného provedeni jako na obr. 1 s tím rozdílem, že k alkalizací roztoku osvětlenou suspenzi řasy Hydrodictyon reticulatum dochází v jiné skleněné nádobce 8,A suitable arrangement for constant current collection would be the cultivation of Hydrodictyon reticulatum algae in the flowing artificial pond water, so as to ensure a constant performance under load. This type of acid-base biobattery according to the invention is shown schematically in FIG. 3. the cell is similar to that of FIG. 1 except that the alkalized solution of the illuminated Hydrodictyon reticulatum algae suspension is in another glass container 8,

- 4 240 940 než je umístěna pH-selektivni elektroda 2. Spojeni mezi nádobkou 8 a částí s elektrodou 3. je provedeno pomoci uzavřené trubice 9. Rovněž část 3 je uzavřená vlkem 10, aby ee zamezilo styku zalkalizovaného roztoku sa vzdušným oxidem uhličitým, a tak neklesalo pH tohoto roztoku.4 240 940 before the pH-selective electrode 2 is placed. The connection between the container 8 and the electrode part 3 is made by means of a closed tube 9. Also the part 3 is closed by a wolf 10 to prevent contact of the alkalized solution with air carbon dioxide; thus the pH of this solution did not drop.

Předpokladem pro praktické využiti je zvýšeni jak napětí, tak i proudu navrhované biobaterie. Napětí lze zvyšovat sériovým uspořádáním jednotlivých biologických článků. Zvýšeni výkonu předpokládá taká sníženi vnitřního odporu. Při náhradě rybniční vody kyselým pufrem (roztok 50 ml 0,2 M chloridu draselného KC1 a 10,6 ml 0,2 M kyseliny chlorovodíkové HCl doplněný na 200 ml celkového objemu) odpor výrazně klesá a výkon článku je pak srovnatelný s výkonem současných biobaterií redoxniho typu nebo nebiologických slunečních článků.A prerequisite for practical use is to increase both the voltage and current of the proposed bio-battery. The voltage can be increased by series arrangement of individual biological cells. An increase in power presupposes such a reduction in internal resistance. When replacing pond water with an acid buffer (a solution of 50 ml of 0.2 M potassium chloride KCl and 10.6 ml of 0.2 M hydrochloric acid supplemented to 200 ml of total volume) the resistance decreases significantly and the cell performance is then comparable with the performance of current redox type or non-biological solar cells.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 1, Acidobazická biobaterie využívá jící vodních rostlin, obsahující skleněnou nádobku rozdělenou přepážkou na dvě části s kladnou a zápornou elektrodou a různými typy elektrolytů, vyznačená tím, že elektrolyt v jedné části (3) nádobky (1) tvoři osvětlená suspenze vodních rostlin, s výhodou řas, které alkalizuji své prostředí, a v druhé části (4) nádobky (1) je rybniční voda nebo kyselý pufr a elektrody (2) jsou z materiálu citlivého na pH, s výhodou z antimonu, teluru, slitiny olova a cínu pokryté vrstvou oxidu manganičitého » přičemž přepážku (5) tvoří celulozová membrána, nebo elektrody (2) jsou argentchloridové nebo uhlíkové, přičemž přepážku (5) tvoří na pH citlivý materiál, s výhodou antimon, telur, nebo slitina olova a činu pokrytá vrstvou oxidu manganičitého.Acid-base biobattery utilizing aquatic plants comprising a glass vessel divided by a septum into two portions with a positive and a negative electrode and different types of electrolytes, characterized in that the electrolyte in one part (3) of the vessel (1) forms an illuminated suspension of aquatic plants, preferably algae which basify their environment and in the second part (4) of the container (1) is pond water or acid buffer and the electrodes (2) are of a pH sensitive material, preferably antimony, tellurium, lead-tin alloy coated with an oxide layer wherein the baffle (5) is a cellulosic membrane, or the electrodes (2) are argentchloride or carbon, the baffle (5) being a pH sensitive material, preferably antimony, tellurium, or a lead-crime alloy coated with a manganese dioxide layer. 2. Acidobazická biobateriefodle bodu 1, vyznačená tim, že vodni rostlinou je zelená sladkovodní řasa Hydrodictyon reticulatum.2. Acid-base biobaterial according to claim 1, characterized in that the aquatic plant is green freshwater algae Hydrodictyon reticulatum.
CS846568A 1984-08-31 1984-08-31 Acid-base bio-battery using aquatic plants CS240940B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS846568A CS240940B1 (en) 1984-08-31 1984-08-31 Acid-base bio-battery using aquatic plants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS846568A CS240940B1 (en) 1984-08-31 1984-08-31 Acid-base bio-battery using aquatic plants

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS656884A1 CS656884A1 (en) 1985-07-16
CS240940B1 true CS240940B1 (en) 1986-03-13

Family

ID=5413058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS846568A CS240940B1 (en) 1984-08-31 1984-08-31 Acid-base bio-battery using aquatic plants

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS240940B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CS656884A1 (en) 1985-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bennetto Electricity generation by microorganisms
Hubenova et al. Conversion of solar energy into electricity by using duckweed in direct photosynthetic plant fuel cell
US20230080892A1 (en) Biochemical energy conversion cell
Timmers et al. Long-term performance of a plant microbial fuel cell with Spartina anglica
Shlosberg et al. Harnessing photosynthesis to produce electricity using cyanobacteria, green algae, seaweeds and plants
Ieropoulos et al. Urine utilisation by microbial fuel cells; energy fuel for the future
Millsaps et al. Nanoscale Photosynthesis: Photocatalytic Production of Hydrogen by Platinized Photosystem I Reaction Centers¶
EP2137782B1 (en) Device and method for converting light energy into electrical energy
Mohan et al. Biomass, biofuels, biochemicals: Microbial electrochemical technology: Sustainable platform for fuels, chemicals and remediation
Mahto et al. Electroactive biofilm communities in microbial fuel cells for the synergistic treatment of wastewater and bioelectricity generation
US8986531B2 (en) Bio-energy reactor
CN104112868B (en) A kind of single chamber is without amboceptor alga microbial fuel cell construction method and device
Chakma et al. Recent applications, challenges, and future prospects of microbial fuel cells: a review
Jabeen et al. Microbial fuel cells and their applications for cost effective water pollution remediation
Wetser Electricity from wetlands
Berchmans Microbial fuel cell as alternate power tool: Potential and challenges
Kuleshova et al. Bioelectrochemical systems based on the electroactivity of plants and microorganisms in the root environment
Jaswal et al. Photosynthetic microbial fuel cells: from fundamental to potential applications
Dalvi et al. Microbial fuel cell for production of bioelectricity from whey and biological waste treatment
CS240940B1 (en) Acid-base bio-battery using aquatic plants
Jayaraj et al. Advancements in the application of bioelectrochemical systems–based sensors
Dawar et al. Development of a low‐cost oxy‐hydrogen bio‐fuel cell for generation of electricity using Nostoc as a source of hydrogen
Gómora‐Hernández et al. The Critical Impact of Photosynthetic Pathway of Plants on the Performance of PMFC
RU205912U1 (en) PLANT-MICROBIAL FUEL CELL
CN201749102U (en) Cyanobacteria concentration monitoring system with built-in microbial fuel cell power supply