KR101024823B1 - 각 기둥의 옆면들을 구성하는 복수 개의 단위 셀들을구비하는 미생물 연료전지 구조체, 및 상기 구조체를포함하는 미생물 연료전지 - Google Patents

각 기둥의 옆면들을 구성하는 복수 개의 단위 셀들을구비하는 미생물 연료전지 구조체, 및 상기 구조체를포함하는 미생물 연료전지 Download PDF

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Abstract

전기발생량을 향상시킬 수 있는 각 기둥의 옆면들을 구성하는 복수 개의 단위 셀들을 구비하는 미생물 연료전지 구조체, 및 상기 구조체를 포함하는 미생물 연료전지가 개시되어 있다. 단위 미생물 연료전지는 각기둥 형상을 갖는 다수 개의 미생물 연료전지 구조체들 및 미생물 연료전지 구조체들을 담는 반응기를 포함하되, 각 미생물 연료전지 구조체는 각기둥의 옆면들에 배치된 단위 셀들을 포함하고, 각 단위 셀들은 차례로 위치하는 제1 전극, 이온교환막과 제2 전극을 구비하는 막-전극 접합체 및 막-전극 접합체를 수용하고 반대되는 면들 내에 제1 전극과 제2 전극이 각각 노출되는 홀더를 구비하고, 단위 셀들은 제1 전극들이 각기둥의 내부를 바라보고, 제2 전극들이 각기둥의 외부를 바라보도록 배치한다.
미생물 연료전지, 반응기, 미생물 연료전지 구조체, 단위셀

Description

각 기둥의 옆면들을 구성하는 복수 개의 단위 셀들을 구비하는 미생물 연료전지 구조체, 및 상기 구조체를 포함하는 미생물 연료전지{Microbial fuel cell structure having a plurality of unit cells consisting of sides of each pilar, and Microbial fuel cell having the sturcture}
본 발명은 미생물 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 기둥의 옆면들을 구성하는 복수 개의 단위 셀들을 구비하는 미생물 연료전지 구조체 및 미생물 연료전지에 관한 것이다.
미생물 연료전지(Microbial fuel cell; MFC)는 생물 또는 그의 일부를 사용하여 생물의 에너지 대사에서 발생하는 환원력을 전기에너지로 전환하는 장치이다.
이러한 미생물 연료전지는 전기의 발생량이 낮으므로 실험실 내에서 실험을 위한 장치 정도로 연구되고 있다. 따라서, 전기의 발생량을 향상시킬 수 있는 시스템의 개발이 필요하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전기발생량을 향상시킬 수 있는 미생물 연료전지 구조체를 제공하는데 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 전기발생량을 향상시킬 수 있는 미생물 연료전지를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각기둥의 옆면들에 배치된 단위 셀들을 포함하되, 상기 각 단위 셀들은 차례로 위치하는 제1 전극, 이온교환막과 제2 전극을 구비하는 막-전극 접합체 및 상기 막-전극 접합체를 수용하고 반대되는 면들 내에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 각각 노출되는 홀더를 구비하고, 상기 단위 셀들은 상기 제1 전극들이 상기 각기둥의 내부를 바라보고, 상기 제2 전극들이 상기 각기둥의 외부를 바라보도록 배치된 미생물 연료전지 구조체를 제공한다.
상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이며, 상기 각기둥의 내부는 공기와 접촉하고, 상기 각기둥의 외부는 기질 용액과 접촉할 수 있다. 상기 기질 용액은 전기화학 활성 미생물을 함유할 수 있으며, 상기 전기화학 활성 미생물은 금속염 환원세균일 수 있다.
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각기둥 형상을 갖는 다수 개의 미생물 연료전지 구조체들 및 상기 미생물 연료전지 구조체들을 담는 반응기를 포함하되, 상기 각 미생물 연료전지 구조체는 각기둥의 옆면들에 배치된 단위 셀들을 포함하고, 상기 각 단위 셀들은 차례로 위치하는 제1 전극, 이온교환막과 제2 전극을 구비하는 막-전극 접합체 및 상기 막-전극 접합체를 수용하고 반대되는 면들 내에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 각각 노출되는 홀더를 구비하고, 상기 단위 셀들은 상기 제1 전극들이 상기 각기둥의 내부를 바라보고, 상기 제2 전극들이 상기 각기둥의 외부를 바라보도록 배치된 미생물 연료전지를 제공한다.
상기 반응기는 측부 기질 유출입구를 구비할 수 있으며, 상기 측부 기질 유출입구는 적어도 한 쌍의 측부 기질 유입구와 측부 기질 유출구를 구비할 수 있다. 상기 측부 기질 유입구는 상기 측부 기질 유출구보다 하부에 위치될 수 있다.
상기 미생물 연료전지는 상기 반응기의 상부를 덮고, 그 하부에 상기 미생물 연료전지 구조체들에 각각 대응하는 보조마개들을 구비하는 반응기 덮개를 더 포함할 수 있으며, 상기 반응기 덮개는 상기 미생물 연료전지 구조체들에 각각 대응하는 공기유입공들을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 각기둥 형상을 갖는 다수 개의 미생물 연료전지 구조체들이 단일 반응기에 수용될 수 있으므로, 단일 반응기 내부 공간에 대한 최대의 공간효과를 가질 수 있다. 또한, 연료 및 공기와 접촉되는 전극의 유효면적을 향상시킬 수 있으므로 폐수의 처리 속도 및 전기 생산량을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 미생물 연료전지를 나타내는 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 상기 단위 미생물 연료전지 즉, 단위 셀(50)은 차례로 위치하는 제1 전극(22), 이온교환막(24)과 제2 전극(26)을 구비하는 막-전극접합체(20) 및 상기 막-전극 접합체(20)를 수용하고 반대되는 면들 내에 상기 제1 전극(22)과 상기 제2 전극(26)이 각각 노출되는 홀더(10)를 구비할 수 있다.
상기 홀더(10)는 상판(12) 및 하판(14)을 포함할 수 있다. 상기 상판(12)은 평상(plate shape)일 수 있다. 상기 상판(12)은 내부에 제1 관통구(13)를 구비할 수 있다.
상기 하판(14) 또한, 평상일 수 있으며, 상기 상판(12)의 제1 관통구(13)와 대응하는 면에 제2 관통구(15)를 구비할 수 있다.
상기 홀더(10)에 구비된 관통구들(13, 15)에 의해 상기 제1 전극(22) 및 제2 전극(26)은 노출될 수 있다. 상기 상판(12) 및 하판(14)의 재질은 폴리아크릴일 수 있다.
상기 막-전극 접합체(20)는 고온 및 고압을 이용한 열간압축기(Hot Press)를 이용하여 접합한 후 상기 홀더(10) 내에 수용될 수 있다.
상기 제1 전극(22)은 캐소드일 수 있으며, 상기 제2 전극(26)은 애노드일 수 있다.
상기 캐소드(22)는 탄소전극이거나, 금속 처리된 탄소 전극일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 전극은 백금(Pt), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 금속으로 처리된 탄소 전극일 수 있다. 상기 탄소 전극은 탄소 부직포(graphite felt)를 구비할 수 있다.
상기 이온교환막(24)은 양이온 교환막일 수 있다. 일 예로서, 상기 양이온 교환막(24)은 나피온 막일 수 있다.
상기 애노드(26)는 탄소 전극이거나, 금속 처리된 탄소 전극일 수 있다. 상기 탄소 전극은 탄소 부직포(graphite felt)를 구비할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지 구조체(100)는 도 1에서 제조된 단위 셀들(50a, 50b, 50c)이 각기둥의 옆면들에 배치되어 형성될 수 있다.
예컨대, 세 개의 단위 셀들(50a, 50b, 50c)이 각기둥의 옆면에 배치되면, 단면이 삼각인 미생물 연료전지 구조체(100)를 형성할 수 있다.
이때, 상기 단위 셀들(50)은 제1 전극들(22)이 상기 각기둥의 내부를 바라볼 수 있게 배치하고, 상기 제2 전극들(26)은 상기 각기둥의 외부를 바라보도록 배치할 수 있다.
상기 제1 전극들(22)은 공기와 접촉할 수 있으며, 상기 제2 전극들(26)은 기질 용액과 접촉할 수 있다. 상기 제1 전극들(22)은 캐소드들일 수 있으며, 상기 제2 전극들(26)은 애노드들일 수 있다.
여기서, 상기 기질 용액은 유기오염물을 기질로서 구비하는 오염수일 수 있다. 일 예로서, 상기 오염수는 호수 또는 골프장의 워터해저드(water hazard)와 같은 폐쇄성 수역의 오염수이거나, 하수 처리장 또는 폐수 처리장의 오염수일 수 있다. 또한, 상기 유기오염물은 일 예로서, 전분(starch), 아세테이트(acetate), 락테이트(lactate), 또는 피루베이트(pyruvate)일 수 있다.
상기 기질 용액은 전기화학 활성 미생물(electrochemically active bacteria; EAB)을 구비할 수 있다. 상기 전기화학 활성 미생물은 금속염 환원세균일 수 있다. 이 경우에, 상기 미생물과 상기 금속염 환원세균은 디설포비브리오 불가리스(Disulfovibrio vulgaris), 지오박터 메탈리리듀슨스(Geobacter metallireducens), 지오박터 설퍼리듀슨스(Geobacter sulfurreducens), 또는 스와넬라 오네이덴시스(Shewanella oneidensis)일 수 있다. 이러한 금속염 환원세균은 전자수용체로서 크롬(Ⅵ), 우라늄(Ⅵ), 비소(Ⅴ), 철(Ⅲ), 또는 망간(Ⅳ)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 디설포비브리오 불가리스는 락테이트를 기질로, 크롬(Ⅵ), 우라늄(Ⅵ), 또는 비소(Ⅴ)를 전자수용체로 사용할 수 있고, 지오박터 메탈리리듀슨스는 아세테이트 또는 수소를 기질로, 철(Ⅲ), 망간(Ⅳ), 또는 우라늄(Ⅵ)을 전 자수용체로 사용할 수 있고, 지오박터 설퍼리듀슨스는 아세테이트를 기질로, 철(Ⅲ) 또는 망간(Ⅳ)을 전자수용체로 사용할 수 있으며, 스와넬라 오네이덴시스는 락테이트 또는 피루베이트를 기질로, 철(Ⅲ), 망간(Ⅳ), 또는 우라늄(Ⅵ)을 전자수용체로 사용할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 네 개의 단위 셀들(50a, 50b, 50c, 50d)이 각기둥의 옆면에 배치되면, 단면이 사각인 미생물 연료전지 구조체(100)를 형성할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 다섯 개의 단위 셀들(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)이 각기둥의 옆면에 배치되면, 단면이 오각인 미생물 연료전지 구조체(100)를 형성할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 여섯개의 단위 셀들(50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f)이 각기둥의 옆면에 배치되면, 단면이 육각인 미생물 연료전지 구조체(100)를 형성할 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이 단위 셀들(50)의 개수를 변화시킴으로서 단면 형상이 다각형인 미생물 연료전지 구조체(100)를 형성할 수 있다. 다수개의 단위 셀들(50)를 연결하여 형성된 미생물 연료전지 구조체(100)는 단일의 막-전극접합체 만을 구비하는 미생물 연료전지에 비해 연료 및 공기와 접촉되는 전극의 유효면적을 향상시킬 수 있으므로 폐수의 처리 속도 및 전기 생산량을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 단위 셀들(50)은 개수를 증가시킴에 따라 상기와 같은 폐수의 처리 속도 및 전기 생산량이 더 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지를 나타내는 사시도이 다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지(200)는 반응기(210)를 구비한다. 상기 반응기(210)는 그 내부가 비어 있는 형태일 수 있다. 상기 반응기(210)는 측부에 기질유출입구(215a, 215b)를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 반응기(210)의 측부에 적어도 한 쌍의 측부 기질유출입구들(215a, 215b) 즉, 측부 기질 유입구(215a)와 측부 기질 유출구(215b)를 가질 수 있다. 상기 측부 기질 유입구(215a)는 상기 측부 기질 유출구(215b)보다 하부에 위치될 수 있다.
상기 측부 기질 유입구(215a)는 상기 측부 기질 유출구(215b)에 비해 하부에 위치되어 기질용액의 유입 및 유출이 계속해서 진행될 수 있으며, 상기 기질용액은 측부 기질 유출구(215b)의 높이만큼 반응기(210) 내부에 채워질 수 있다. 상기 기질용액은 상기 도 2a에서 상술한 기질용액과 동일할 수 있다.
상기 반응기(210)에는 도 2에서 제조된 각기둥 형상을 갖는 다수개의 미생물 연료전지 구조체들(100)이 담길 수 있다. 상기 다수개의 미생물 연료전지 구조체들(100)은 제2 전극(도 1의 26)들의 면이 마주볼 수 있도록 배치시킬 수 있다. 상기 미생물 연료전지 구조체들(100)이 배치된 형상은 도 4a 내지 도 4d에서 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 미생물 연료전지 구조체들(100)은 각기둥의 옆면들에 배치된 단위셀들(50)을 포함할 수 있다. 상기 단위 셀들(50)은 제1 전극(도 1의 22), 이온교환막(도 1의 24)과 제2 전극(도 1의 26)을 구비하는 막-전극 접합체(도 1의 20) 및 상기 막-전극 접합체(도 1의 20)를 수용하고 반대되는 면들 내에 상기 제1 전극(도 1의 22)과 상기 제2 전극(도 1의 26)이 각각 노출되는 홀더(도 1의 10)를 구비할 수 있다.
상기 단위 셀들(50)은 상기 제1 전극들(도 1의 22)이 상기 각기둥의 내부를 바라보고, 상기 제2 전극들(도 1의 26)이 상기 각기둥의 외부를 바라보도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 반응기(210)의 상부를 덮고 그 하부에 상기 미생물 연료전지 구조체들(100)에 각각 대응하는 보조마개들(225)을 구비하는 반응기 덮개(220)가 구비될 수 있다. 상기 보조마개들(225)은 상기 미생물 연료전지 구조체들(100)의 단면과 동일한 형상으로 구비될 수 있다. 상기 보조마개들(225)는 상기 미생물 연료전지 구조체들(100)을 고정할 수 있다.
상기 반응기 덮개(220)는 상기 미생물 연료전지 구조체들(100)에 각각 대응하는 공기 유입공들(222)을 더 포함할 수 있다. 상기 공기유입공(222)을 통해 각각의 미생물 연료전지 구조체들(100) 내부에 배치된 캐소드(22)에 대기 중의 공기가 연속적으로 공급될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지 구조체의 배치상태를 타나내는 모식도이다.
도 4a를 참조하면, 반응기(210) 내부에는 다수개의 미생물 연료전지 구조체들(100)이 배치될 수 있다. 예컨대, 단면이 삼각인 여섯 개의 미생물 연료전지 구조체들(100)은 제2 전극면들(도 1의 26)의 각 면이 서로 마주보는 형상으로 배치될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 단면이 사각인 네개의 미생물 연료전지 구조체들(100)은 반응기(210)의 내부에 제2 전극들(도 1의 26)의 각 면이 서로 마주보는 형상으로 배치될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 단면이 사각인 여섯 개의 미생물 연료전지 구조체들(100)은 반응기(210)의 내부에 제2 전극들(도 1의 26)의 각 면이 서로 마주보는 형상으로 배치될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 단면이 육각인 일곱 개의 미생물 연료전지 구조체들(100)은 반응기(210)의 내부에 제2 전극들(도 1의 26)의 각 면이 서로 마주보는 형상으로 배치될 수 있다.
상기와 같이 제2 전극들(도 1의 26)의 각 면을 서로 마주보는 형상으로 배치시킨 미생물 연료전지 구조체들(100)은 단일 반응기(210) 내부 공간에 대한 최대의 공간효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 미생물 연료전지(200)는 하기와 같은 반응을 통하여 작동될 수 있다.
상기 애노드(26)에서의 반응을 정리하면, 전기화학 활성 미생물이 상기 기질 즉, 유기오염물을 산화하고 이에 따라 발생하는 전자를 세포 밖으로 전달하여 전자수용체를 환원한다. 따라서, 미생물 세포 안에서 전자를 받아 환원된 후, 세포막을 통과하여 미생물과 애노드(26) 간에 전자 전달을 수행하는 매개체(mediator)가 필요 없을 수 있다.
상기 매개체를 이용하는 경우에는 상기 매개체가 미생물 세포로부터 100% 회 수될 수 없으므로, 매개체를 지속적으로 보충하여야 미생물 연료전지(200)의 운전이 가능하며, 매개체가 미생물 세포 내에 축적되고 상기 축적된 매개체의 독성으로 인해 미생물의 대사가 중지되는 현상이 나타날 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 전기화학 활성 미생물을 사용하여 상기 매개체가 필요없게 되고 이로 인한 부작용들이 제거될 수 있다. 상기 기질의 산화과정에서 수소 이온이 발생될 수 있으며, 경우에 따라서는 이산화탄소가 발생될 수 있다.
상기 기질을 전분이라고 가정할 때, 상기 애노드(26)에서의 반응은 다음과 같을 수 있다.
<화학식 1>
n(CH2O) + nH2O → nCO2 + 4nH+ + 4ne-
상기 기질의 산화과정에서 발생한 수소이온은 이온 교환막(24)을 통과하여 캐소드(22) 쪽으로 전달된다. 한편, 전자는 상기 애노드(26)에 연결된 전선(미도시)을 통해 캐소드(22)로 전달된다. 즉, 상기 전선은 애노드(26)에서 캐소드(22)로 전자를 수송하는 역할을 하며, 각 단위 셀의 각 전극에 연결된 전선들은 반응기 덮개의 공기 유입공(222)으로 뽑혀져 각 단위 셀 별로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
상기 캐소드(22)에서의 반응의 일 예는 다음과 같을 수 있다.
<화학식 2>
nO2 + 4nH+ + 4ne- → 2nH2O
상기 캐소드(22)에서는 상기 수소와 상기 기질 용액의 표층부에 용해된 산소가 반응하여, 물을 생성할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예들(examples)을 제시한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
원형의 폴리아크릴 재질의 반응기에 단면이 삼각인 미생물 연료전지 구조체 18개를 설치하였다. 상기 미생물 연료전지 구조체에서 애노드, 이온교환막 및 캐소드는 각각 탄소부직포, 나피온 450막(듀폰사, 미국) 및 탄소 부직포를 사용하였다. 한편, OB 맥주 폐수 처리 시설(광주광역시 소재)로부터 혐기성 소화조 오니를 채취하여 반응기의 내부에 충진하였다.
<실험예 1>
전기화학 활성 미생물의 농화 배양을 위해 제조예에 따른 미생물 연료전지를 개로모드(open circuit mode)로 10일 간 5 mM의 소듐아세테이트(CH3COOHNa)를 함유하는 인공폐수를 연속적으로 주입 시켰다.
그 후, 10 Ω의 외부 저항을 연결한 폐로 모드(close circuit mode)로 바꾸어 180일 동안 두었다.
상기 5 mM 소듐아세테이트를 함유하는 인공폐수의 배지조성은 0.45g/L NH4Cl, 0.16g/L MgCl2·6H20, 0.015g/L CaCl2, 0.001g/L FeCl3·6H20, 0.036g/L MnCl2 ·4H2O, 0.42g/L NaHCO3, 10mL 미량미네랄용액, 25mL의 1M 인산염 완충액 및 965 mL 증류수를 혼합하여 제조하였다.
그 후, 소듐아세테이트의 농도를 10mM로 증가시키고, 상기 배지조성은 동일하게 하여 상기 반응기 내에 인공폐수를 충전하고 7일 동안 폐로 모드로 두었다.
도 5는 실험예에 따른 실험계에서 일부 연료전지의 시간에 따른 개로 전압(open circuit voltage) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 미생물 연료 전지의 개로전압은 시간이 지남에 따라 0.8V로 상승되었다. 이는 전기활성미생물이 자연적으로 농화배양되는 결과를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 실험예에 따른 실험계에서 연료전지의 시간에 따른 전류의 양을 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 6a는 소듐아세테이트의 농도를 5mM로 하였을 때를 나타내며, 도 6b는 소듐아세테이트의 농도를 10mM로 증가시켰을 때를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 폐로모드(close circuit mode)에서 미생물 연료 전지 내부에 장착된 미생물 연료전지 구조체들 각각의 전류 발생량은 약 0.004mA 내지 0.8mA 범위의 전류값을 나타냈으며, 각각의 미생물 연료전지 구조체에서 발생된 전류들의 합은 약 11mA 정도로 나타내었다.
도 6b를 참조하면, 폐로모드(close circuit mode)에서 미생물 연료 전지 내부에 장착된 미생물 연료전지 구조체들 각각의 전류 발생량은 약 0.5mA 내지 1.6mA 범위의 전류값을 나타냈으며, 각각의 미생물 연료전지 구조체에서 발생된 전류들의 합은 최대 20mA까지 상승되었다.
도 6a 및 도 6b를 비교해 볼때, 소듐아세테이트의 농도를 향상시킬 경우, 전류의 양이 증가하는 것으로 보아 소듐아세테이트가 전기 생산에 기인하는 것으로 판단되며, 이는 전기의 발생이 소듐아세테이트의 산화에 의한 것으로 보인다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 미생물 연료전지를 나타내는 분해사시도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지를 나타내는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지 구조체의 배치상태를 타나내는 모식도이다.
도 5는 실험예에 따른 실험계에서 일부 연료전지의 시간에 따른 개로 전압(open circuit voltage) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 실험예에 따른 실험계에서 연료전지의 시간에 따른 전류의 양을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 홀더 20: 막-전극 접합체
22: 캐소드 24: 이온 교환막
26: 애노드 210: 반응기
220: 반응기덮개 225: 보조마개

Claims (13)

  1. 삭제
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  5. 각기둥 형상을 갖는 다수 개의 미생물 연료전지 구조체들; 및
    상기 미생물 연료전지 구조체들을 담는 반응기를 포함하되,
    상기 미생물 연료전지 구조체들은 서로 분리되어 배치되고,
    상기 각 미생물 연료전지 구조체는 각기둥의 옆면들에 배치된 단위 셀들을 포함하고,
    상기 각 단위 셀들은 차례로 위치하는 제1 전극, 이온교환막과 제2 전극을 구비하는 막-전극 접합체; 및 상기 막-전극 접합체를 수용하고 반대되는 면들 내에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 각각 노출되는 홀더를 구비하고,
    상기 단위 셀들은 상기 제1 전극들이 상기 각기둥의 내부를 바라보고, 상기 제2 전극들이 상기 각기둥의 외부를 바라보도록 배치된 미생물 연료전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반응기는 측부 기질 유출입구를 구비하는 미생물 연료전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측부 기질 유출입구는 적어도 한 쌍의 측부 기질 유입구와 측부 기질 유출구를 구비하는 미생물 연료전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측부 기질 유입구는 상기 측부 기질 유출구보다 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 미생물 연료전지.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 반응기의 상부를 덮고, 그 하부에 상기 미생물 연료전지 구조체들에 각각 대응하는 보조마개들을 구비하는 반응기 덮개를 더 포함하는 미생물 연료전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응기 덮개는 상기 미생물 연료전지 구조체들에 각각 대응하는 공기유입공들을 더 포함하는 미생물 연료전지.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이며, 상기 각기둥의 내부는 공기와 접촉하고, 상기 각기둥의 외부는 기질 용액과 접촉하는 미생물 연료전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기질 용액은 전기화학 활성 미생물을 함유하는 미생물 연료전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전기화학 활성 미생물은 금속염 환원세균인 미생물 연료전지.
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