KR102006820B1 - 전해액 조성물 및 이를 포함하는 미생물 연료전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포막 투과도 향상을 위한 조성물, 및 이를 포함하는 미생물 연료전지에 관한 것이다.

Description

전해액 조성물 및 이를 포함하는 미생물 연료전지{ELECTROLYTE COMPOSITION AND MICROBIAL FUEL CELLS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전해액 조성물 및 이를 포함하는 미생물 연료전지에 관한 것이다.
미생물 연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)는 근본적으로 미생물 대사에서 생산된 전자를 얻어서 그것들을 전류 생산을 위해 이용하는 시스템으로, 이러한 미생물의 전기화학적 활성을 이용하여 유기물들로부터 직접적으로 전기를 생산하는 등, 기존의 에너지 소모형 처리기술을 대체할 수 있는 잠재적 기술로서 주목 받고 있다.
이러한 미생물 연료전지(MFC)는, 미생물에 의해 유기물의 산화가 이루어지는 산화 전극(anode)를 포함하는 산화 전극부, 산화 전극에서 생성된 전자, 양성자, 환원제의 반응에 의해 환원이 일어나는 환원 전극(cathode)을 포함하는 환원 전극부, 상기 산화 전극과 환원 전극을 공간적으로 분리하는 분리막, 및 전극을 전기적으로 연결하는 전기회로로 구성되어 있다.
상기 구성을 가진 미생물 연료전지는 미생물을 통해 전기 에너지를 생산하며, 역 미생물 연료전지는 미생물에 전자를 제공함으로써 환원반응을 이용하여 미생물이 연료와 같은 화합물을 생산하게 만드는 장치이다. 상기 두 가지 장치에서 전자는 미생물이 에너지를 운반하고 이용하는 매개체로서, 산화환원 전위를 이용해 화합물의 산화환원 반응을 쉽게 이루어지도록 돕는 역할을 한다. 그러나 미생물로부터 들어가고 나가는 이러한 환원 매개체의 경우, 미생물의 세포막이 갖는 선택적 투과도가 그 반응을 저해하여 내부 저항으로 역할 하여 결과적으로 전지의 효율을 감소시키는 문제가 있어 왔다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해, 분지형의 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)을 이용하여 미생물의 세포막에 대한 전자 전달자의 투과도를 향상시킴으로써, 내부 저항 감소 및 전류 생산량이 증가된 미생물 연료전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 구현예는, 미생물, 분지형의 폴리에틸렌이민, 및 전자 전달자를 포함하는 전해액 조성물을 제공한다.
상기 분지형의 폴리에틸렌이민은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017116501815-pat00001
상기 화학식 1에서, n은 1 내지 1,500의 정수이다.
상기 분지형의 폴리에틸렌이민의 분자량은 0.8 kDa 내지 750 kDa 일 수 있다.
상기 조성물 중의 분지형의 폴리에틸렌이민의 농도는 400 ppm 내지 1,600 ppm 일 수 있다.
상기 미생물은 대장균(E. coli), 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris), 알칼리젠시스 유트로퍼스 (Alcaligenses eutrophus), 아조토박터 크로오코쿰(Azotobacter chroococum), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 에어루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 및 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) 로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 전자 전달자는 뉴트럴 레드(Neutral red), 티오닌(thionine), 메틸렌 블루, 아주르 에이(azur A), 리보플라빈(Riboflavin, vitamin B2), 및 벤질 비올로겐(benzyl viologen)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 조성물 중의 전자 전달자의 농도는 15 uM 내지 300 uM 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는, 산화 챔버와 상기 산화 챔버 내부에 배치되는 산화 전극을 구비하는 산화 전극부, 및 환원 챔버와 상기 환원 챔버 내부에 배치되는 환원 전극을 구비하는 환원 전극부를 포함하고, 상기 산화챔버 내부에 미생물, 분지형의 폴리에틸렌이민, 및 전자 전달자를 포함하는 제1 전해액 조성물을 포함하는 미생물 연료전지를 제공한다.
상기 분지형의 폴리에틸렌이민은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017116501815-pat00002
상기 화학식 1에서, n은 1 내지 1,500의 정수이다.
상기 분지형의 폴리에틸렌이민의 분자량은 0.8 kDa 내지 750 kDa 일 수 있다.
상기 조성물 중의 분지형의 폴리에틸렌이민의 농도는 400 ppm 내지 1,600 ppm 일 수 있다.
상기 미생물은 대장균(E. coli), 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris), 알칼리젠시스 유트로퍼스 (Alcaligenses eutrophus), 아조토박터 크로오코쿰(Azotobacter chroococum), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 에어루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 및 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) 로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 전자 전달자는 뉴트럴 레드(Neutral red), 티오닌(thionine), 메틸렌 블루, 아주르 에이(azur A), 리보플라빈(Riboflavin, vitamin B2), 및 벤질 비올로겐(benzyl viologen)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제1 전해액 조성물 중의 전자 전달자의 농도는 15 uM 내지 300 uM 일 수 있다.
상기 환원 챔버는 제2 전해액 조성물을 포함할 수 있다.
상기 제2 전해액 조성물은 페로시안화(ferrocyanide) 이온, 페리시안화(ferricyanide) 이온, 및 용존산소를 포함할 수 있다.
상기 산화 전극부와 상기 환원 전극부를 분리하는 분리막, 및 상기 산화 전극부 및 환원 전극부와 전기적으로 연결하는 외부 회로를 구비할 수 있다.
상기 분리막은 미세 유리입자 소결 이온 교환막, 세라믹 이온 교환막 및 합성수지 이온 교환막으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 산화 전극과 환원 전극은 탄소 전극일 수 있다.
상기 탄소 전극은 탄소지(carbon paper), 탄소천(carbon cloth), 다공성 탄소(reticulated vitreous), 흑연펠트(carbon felt), 흑연 로드(graphite rod), 및 흑연 그래뉼(graphite granules)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
분지형의 폴리에틸렌이민을 이용하여 미생물의 세포막에 대한 전자 전달자의 투과도를 향상시킴으로써, 내부 저항 감소 및 전류 생산량이 증가된 미생물 연료전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 연료전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 분지형 폴리에틸렌이민의 존재 또는 부재하는 조건에서 벤질 비올로겐(benzyl viologen) 농도에 따른 상대적 생물 발광도를 나타낸 것이다.
도 3은 다양한 종류의 분지형 폴리에틸렌이민 및 선형 폴리에틸렌이민의 농도에 따라 상대적 생물발광도가 30% 감소하는데 까지 걸린 시간을 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 분지형 폴리에틸렌이민 주입에 따른 미생물 연료전지의 전류량 변화를 나타낸다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 미생물 연료전지에 대한 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미생물 연료전지는 산화 챔버(100)와 상기 산화 챔버(100) 내부에 배치되는 산화 전극(201)을 구비하는 산화 전극부, 및 환원 챔버(400)와 상기 환원 챔버(400) 내부에 배치되는 환원 전극(202)을 구비하는 환원 전극부를 포함한다.
미생물 연료전지에서 미생물의 세포막은 미생물의 대사과정 중에 발생하는 전자의 누출을 방지하는 역할을 한다. 따라서 연료전지의 전극에 전자가 전달되기 위해서는 세포막을 투과해 들어가서 미생물로부터 전자를 받아올 수 있는 전자 전달자의 역할이 필수적이다. 구체적으로, 전자는 미생물의 세포막을 통해 안팎으로 이동하는 화학적 매개체, 즉 전자 전달자를 통해 산화 전극과 미생물 사이를 이동한다. 세포막의 유연성이 증가되어 있는 상태가 되면 세포막 성분의 정렬 상태가 느슨해지고 그 틈을 이용하여 전자 전달자가 세포막을 투과하여 출입하기가 용이해지므로, 세포막 투과도 변화에 의해 미생물 연료전지의 효율을 변화시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 일 예에 따른 미생물 연료전지의 산화 챔버(100) 내부에는 미생물(10), 분지형의 폴리에틸렌이민, 및 전자 전달자(20)를 포함하는 제1 전해액(300) 조성물이 포함되어 있다.
구체적으로, 상기 제1 전해액(300) 조성물에 포함된 분지형 폴리에틸렌이민으로 인해 전자 전달자(20)의 세포막 투과성이 향상된다. 구체적으로 분지형 폴리에틸렌이민은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017116501815-pat00003
상기 화학식 1에서, n은 1 내지 1,500의 정수이다.
상기 전해액 조성물에 포함된 분지형 폴리에틸렌이민은 상기 전자 전달자의 전자전달 효율을 높이는 역할을 한다. 구체적으로, 상기와 같이 분지형의 폴리에틸렌이민은 선형의 폴리에틸렌이민과 비교하여 그 구조의 특성상 높은 유연성을 가지며 이러한 구조적 특성이 상기 전자 전달자가 미생물의 세포막을 빠르게 이동할 수 있게 하고, 결과적으로 분지형 폴리에틸렌이민은 세포막의 투과도를 상승시킬 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 분지형 폴리에틸렌이민의 존재 또는 부재하는 조건에서 벤질 바이올로겐(benzyl viologen) 농도에 따른 상대적 생물 발광도를 나타낸 그래프이다. 이는 벤질 바이올로젠과 같은 산화적 스트레스 화학물질을 감지하여 화학물질의 상대적 투과도가 일 예에 따른 분지형 폴리에틸렌이민에 의해 향상되는지 여부를 알아보기 위함이다.
이를 확인하기 위해 바이오센서 E.coli 종을 균주로 활용하였으며 이를 위해 사용한 SodA의 프로모터로 바이오센서는 (Siseon Lee, et al. 2013. Serum complement enhances the responses of genotoxin- and oxidative stress-sensitive Escherichia coli bioreporters)에 따라 제작된 플라스미드로, 형질전환된 대장균 균주 E.coli BW25113 pDEW201-SodA::luxCDABE을 사용하였다.
도 2를 참조하면, 일 예에 따른 분지형 폴리에틸렌이민이 포함된 경우의 상대적 생물 발광도가 분지형 폴리에틸렌이민을 포함하지 않은 경우보다 더 높은 것으로 나타났다. 이를 통해 분지형 폴리에틸렌이민이 포함된 경우의 벤질 바이올로젠의 상대적 투과도가 높아진 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로, 분지형의 폴리에틸렌이민의 첨가가 생물막의 투과도를 향상시키는 것을 확인할 수 있다.
상기 분지형의 폴리에틸렌이민의 분자량은 0.8 kDa 내지 750 kDa 일 수 있고, 예를 들어, 상기 분지형 폴리에틸렌이민의 분자량은 0.8 kDa 내지 1.3 kDa 일 수 있고, 예를 들어 0.8 kDa 일 수 있다. 상기 범위 내의 분자량을 갖는 분지형의 폴리에틸렌이민이 미생물 연료전지에 첨가되는 경우 독성으로 인한 미생물 연료전지 특성에 영향을 주지 않으면서, 생물막의 투과도를 증가시킬 수 있다.
도 3은 다양한 종류의 분지형 폴리에틸렌이민(BPEI)과 선형 폴리에틸렌이민(LPEI)의 농도에 따라 상대적 생물발광도가 30% 감소하는데 까지 걸린 시간을 측정한 그래프이다. 구체적으로, 도 3의 그래프에서 30% 생물발광 감소 시간이 Y축이며 이것이 높으면 생물발광이 감소되는 시간이 길고, 이는 독성이 적다는 것을 의미한다.
도 3을 참조하면, 분지형 폴리에틸렌이민(BPEI)의 종류에 따라 독성이 다르며, 0.8kDa BPEI가 가장 독성이 적다는 것을 확인할 수 있다. 일 예로, 다양한 종류의 폴리에틸렌이민 200ppm가 첨가된 경우, 0.8kDa BPEI 을 제외한 모든 폴리에틸렌이민에서 30% 생물발광이 나타났다. 또한, LPEI 이 BPEI 보다 30% 생물발광 감소 시간이 짧아 LPEI가 BPEI 보다 독성이 높은 것을 알 수 있다. 이는 선형 폴리에틸렌이민에 비해 분지형 폴리에틸렌이민이 독성으로 인한 미생물 연료전지 특성에 영향이 적고, 결과적으로 우수한 연료전지 특성을 나타낼 것을 예상할 수 있다.
상기 조성물 중의 분지형의 폴리에틸렌이민의 농도는 400 ppm 내지 1,600 ppm 일 수 있고, 예를 들어, 상기 분지형 폴리에틸렌이민의 농도는 400 ppm 일 수 있다.
일 실시예에 따른 미생물(10)은 미생물의 연료전지에 통상적으로 사용되는 것으로, 대장균(E. coli), 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris), 알칼리젠시스 유트로퍼스 (Alcaligenses eutrophus), 아조토박터 크로오코쿰(Azotobacter chroococum), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 에어루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 및 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있고, 예를 들어, 상기 미생물은 대장균(E. coli)일 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 전달자(20)는 뉴트럴 레드(Neutral red), 티오닌(thionine), 메틸렌 블루, 아주르 에이(azur A), 리보플라빈(Riboflavin, vitamin B2), 및 벤질 비올로겐(benzyl viologen)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있고, 예를 들어, 상기 전자 전달자는 뉴트럴 레드, 리보플라빈, 또는 벤질 비올로겐일 수 있다.
상기 제1 전해액(300) 조성물 중의 전자 전달자(20)의 농도는 15 uM 내지 300 uM 일 수 있다.
상기 제1 전해액(300) 조성물은 세포막 유동성 증가제를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 세포막 유동성 증가제는 알코올로, 예를 들어, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 환원 챔버(400) 내부에는 제2 전해액(600) 조성물을 포함되어 있다.
구체적으로 상기 제2 전해액(600) 조성물은 페로시안화(ferrocyanide) 이온, 페리시안화(ferricyanide) 이온, 및 용존산소를 포함한다. 보다 구체적으로 제2 전해액(600)에는 페리시안화 이온(Fe3+)과 페로시안화 이온(Fe2+)이 제2 전해액(600)에 포함된 용존산소로 인해 서로 순환하고 있다(Fe3+↔ Fe2+).
일 실시예에 따른 제1 전해액(300) 및 제2 전해액(600) 조성물에 포함된 전해질은 통상적인 미생물 연료전지에서 사용되는 전해질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 산화 전극부에 포함된 전해질로는 급격한 수소 이온 농도의 변화를 막을 수 있는 완충용액을 사용할 수 있으며, 환원 전극부에 포함된 전해질로는 예를 들어 인산염 완충용액(pH 7.0)일 수 있다.
본 발명에 따른 미생물 연료전지에 있어서, 산화 전극(201) 및 환원 전극(202)은 통상적인 미생물 연료전지에서 사용하는 전극이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있는데, 예를 들어 탄소 전극일 수 있다. 구체적으로, 탄소지(carbon paper), 탄소천(carbon cloth), 다공성 탄소(reticulated vitreous), 흑연펠트(carbon felt), 흑연 로드(graphite rod), 및 흑연 그래뉼(graphite granules)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 미생물 연료전지는 상기 산화 전극부와 상기 환원 전극부를 분리하는 분리막(500), 및 상기 산화 전극부 및 환원 전극부와 전기적으로 연결하는 외부 회로(700)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 산화 챔버(100) 내에서 발생하는 수소이온을 통과시키기 위하여 산화 전극부와 상기 환원 전극부를 분리하는 분리막(500)을 구비할 수 있다. 구체적으로 상기 분리막(500)은 이온 교환막으로 예를 들어, 미세 유리입자를 소결한 이온 교환막이나 세라믹, 합성수지 등으로 만든 이온 교환막일 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 평가예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예. 미생물 연료전지의 제조
실시예 1
E.coli BW25113 종을 37℃, 혐기 조건에서 20 내지 22시간 동안 배양하였다. 이를 H-ell의 산화 전극부에 350 mL Luria Bertani (LB) 배지를 첨가하여 전체 볼륨의 3% 배양액을 주입하였다. 이에 전자 전달자로 뉴트럴 레드 50 uM 을 첨가하였다. 환원 전극부는 KPO4 를 통해 pH 7로 완충하였다. 양쪽 전극은 100 x 100mm 탄소천을 통해 전극으로 활용하였으며 양쪽 전극부를 나누는 분리막은 양성자 교환 막을 통해 구분하였다. 양쪽 전극부는 질소 가스를 통해 30분간 상온에서 퍼징하여 혐기 조건을 만들었다. 기준전극의 경우 Ag-AgCl 전극을 사용하였으며 퍼텐쇼스텟(potentiostat)을 이용해 연결하여 300 mV전압과 1.96 Kohms의 저항을 기본 연료전지 환경으로 구성하였다. 이후 2시간 뒤 0.8kDa의 분지형 폴리에틸렌이민(BPEI)이 400 ppm이 되도록 산화 전극부에 첨가하였다.
실시예 2
전자 전달자로 벤질 비올로겐 15 uM를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 연료전지를 제조하였다.
실시예 3
전자 전달자로 리보플라빈 50 uM를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 연료전지를 제조하였다.
비교예 1
분지형 폴리에틸렌이민을 첨가하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 미생물 연료전지를 제조하였다.
실험예. 미생물 연료전지의 전류량 평가
도 4는 일 실시예에 따른 분지형의 폴리에틸렌이민 주입 전후 미생물 연료전지의 내부 저항을 나타내는 그래프이다.
두 개의 미생물 연료전지의 반응기가 같은 조건하에 시험되었다. 두 개의 미생물 연료전지 중 하나의 연료전지에 0.8 kDa의 분지형 폴리에틸렌이민(BPEI)이 400 ppm이 되도록 추가하였다. 도 4에 도시된 화살표는 일 예에 따른 BPEI를 첨가한 시점을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 분지형 폴리에틸렌이민을 첨가함과 동시에 생성되는 전류가 약 2배로 상승하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 분지형의 폴리에틸렌이민이 산화 챔버 내 추가됨으로써, 독성을 최소화하면서도 미생물 세포막의 유연성이 증가하는 것이다. 이러한 세포막의 높은 유연성은 전자 전달자가 세포막을 빠르게 움직일 수 있게 돕고 이를 통해 연료전지의 에너지 생산성이 증가되는 효과를 낳게 된다. 이런 과정을 통해서 연료 전지 시스템 전체의 내부 저항이 줄어들고, 결과적으로 전류량이 상승되는 효과를 나타낸다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 미생물 20: 전자 전달자
100: 산화 챔버
201: 산화 전극 202: 환원 전극
300: 제1 전해액
400: 환원 챔버
500: 분리막
600: 제2 전해액
700: 외부 회로

Claims (20)

  1. 미생물, 분지형의 폴리에틸렌이민, 및 전자 전달자를 포함하는 전해액 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분지형의 폴리에틸렌이민은 하기 화학식 1로 표시되는, 전해액 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112017116501815-pat00004

    상기 화학식 1에서, n은 1 내지 1,500의 정수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분지형의 폴리에틸렌이민의 분자량은 0.8 kDa 내지 750 kDa 인, 전해액 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조성물 중의 분지형의 폴리에틸렌이민의 농도는 400 ppm 내지 1,600 ppm 인, 전해액 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미생물은 대장균(E. coli), 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris), 알칼리젠시스 유트로퍼스 (Alcaligenses eutrophus), 아조토박터 크로오코쿰(Azotobacter chroococum), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 에어루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 및 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) 로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인, 전해액 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 전달자는 뉴트럴 레드(Neutral red), 티오닌(thionine), 메틸렌 블루, 아주르 에이(azur A), 리보플라빈(Riboflavin, vitamin B2), 및 벤질 비올로겐(benzyl viologen)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인, 전해액 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조성물 중의 전자 전달자의 농도는 15 uM 내지 300 uM 인, 전해액 조성물.
  8. 산화 챔버와 상기 산화 챔버 내부에 배치되는 산화 전극을 구비하는 산화 전극부, 및
    환원 챔버와 상기 환원 챔버 내부에 배치되는 환원 전극을 구비하는 환원 전극부를 포함하고,
    상기 산화 챔버 내부에 미생물, 분지형의 폴리에틸렌이민, 및 전자 전달자를 포함하는 제1 전해액 조성물을 포함하는, 미생물 연료전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분지형의 폴리에틸렌이민은 하기 화학식 1로 표시되는, 미생물 연료전지.
    [화학식 1]
    Figure 112017116501815-pat00005

    상기 화학식 1에서, n은 1 내지 1,500의 정수이다.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 분지형의 폴리에틸렌이민의 분자량은 0.01 kDa 내지 50 kDa 인, 미생물 연료전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 조성물 중의 분지형의 폴리에틸렌이민의 농도는 100 ppm 내지 400 ppm 인, 미생물 연료전지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 미생물은 대장균(E. coli), 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris), 알칼리젠시스 유트로퍼스 (Alcaligenses eutrophus), 아조토박터 크로오코쿰(Azotobacter chroococum), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 에어루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 및 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) 로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인, 미생물 연료전지.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전자 전달자는 뉴트럴 레드(Neutral red), 티오닌(thionine), 메틸렌 블루, 아주르 에이(azur A), 리보플라빈(Riboflavin, vitamin B2), 및 벤질 비올로겐(benzyl viologen)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인, 미생물 연료전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전해액 조성물 중의 전자 전달자의 농도는 15 uM 내지 300 uM 인, 미생물 연료전지.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 환원 챔버는 제2 전해액 조성물을 포함하는, 미생물 연료전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 전해액 조성물은 페로시안화(ferrocyanide) 이온, 페리시안화(ferricyanide) 이온, 및 용존산소를 포함하는, 미생물 연료전지.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 산화 전극부와 상기 환원 전극부를 분리하는 분리막, 및
    상기 산화 전극부 및 환원 전극부와 전기적으로 연결하는 외부 회로를 구비한, 미생물 연료전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 분리막은 미세 유리입자 소결 이온 교환막, 세라믹 이온 교환막 및 합성수지 이온 교환막으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인, 미생물 연료전지.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 산화 전극과 환원 전극은 탄소 전극인, 미생물 연료 전지.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 탄소 전극은 탄소지(carbon paper), 탄소천(carbon cloth), 다공성 탄소(reticulated vitreous), 흑연펠트(carbon felt), 흑연 로드(graphite rod), 및 흑연 그래뉼(graphite granules)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인, 미생물 연료전지.
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