KR20110106282A - 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지에 사용하기 위한 전극과, 이러한 전극을 이용한 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지 - Google Patents

박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지에 사용하기 위한 전극과, 이러한 전극을 이용한 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지 Download PDF

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Abstract

정제될 액체와 액체 교류하는 복수의 애노드 및 복수의 캐소드를 포함하는 박테리아 연료전지가 개시된다. 복수의 애노드 및 복수의 캐소드는 각각 전기 회로 내의 부하에 걸쳐 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체, 및 적어도 금속 전기 도전체와 정제될 액체 사이에 전기 도전성 코팅을 포함하고, 이 전기 도전성 코팅은 액체와 전기 도전체를 서로로부터 상호 밀봉하는 역할을 한다.

Description

박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지에 사용하기 위한 전극과, 이러한 전극을 이용한 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지{ELECTRODES FOR USE IN BACTERIAL FUEL CELLS AND BACTERIAL ELECTROLYSIS CELLS AND BACTERIAL FUEL CELLS AND BACTERIAL ELECTROLYSIS CELLS EMPLOYING SUCH ELECTRODES }
본 발명은 일반적으로 생체전기적 화학적 디바이스에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지에 관한 것이다.
아래의 공개물은 본 분야의 현재 상태를 나타내는 것으로 생각된다.
브루스 이. 로간 등의, 미생물 연료전지: 방법 및 기술, 환경과학기술지, 40(17), 5181-5192, 2006.
브루스 이. 로간과 존 엠. 레간의, 미생물 연료전지: 도전과제 및 애플리케이션, 환경과학기술지, 볼륨.40,17.
스테파노 프레구이어, 코닐 라베이, 지구오 얀, 저그 켈러의, 미생물 연료전지 내의 그래파이트 입자에서 비결정질의 캐소드 산소 감소, 국제전기화학회의 학회지 53(2007) 598-603.
홍 리우 등의, 미생물 연료전지에서 내부저항 분포의 정량화, 환경과학기술지.
미국공개 특허출원 20070259217.
본 발명은 개선된 생체전기적 화학적 디바이스를 제공하고자 한다. 더욱 상세하게는 개선된 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지를 제공하고자 한다.
그러므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박테리아 연료전지가 제공된다. 본 박테리아 연료전지는 정제될 액체와 액체 교류하는 복수의 애노드 및 복수의 캐소드를 포함하고, 이 복수의 애노드 및 복수의 캐소드는 각각 전기 회로 내의 부하에 걸쳐 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체, 및 적어도 금속 전기 도전체와 정제될 액체 사이에 전기 도전성 코팅을 포함하고, 이 전기 도전성 코팅은 액체와 전기 도전체를 서로 상호 밀봉하는 역할을 한다.
또한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 박테리아 연료전지가 제공된다. 본 박테리아 연료전지는 정제될 액체와 액체 교류 하는 복수의 애노드 및 복수의 캐소드를 포함한다. 이 복수의 애노드 및 복수의 캐소드는 각각 전기 회로 내의 부하에 걸쳐 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체, 및 적어도 금속 전기 도전체와 정제될 액체 사이에 전기 도전성 코팅을 포함하고, 이 전기 도전성 코팅은 액체와 전기 도전체를 서로 상호 밀봉하는 역할을 하고, 적어도 2개의 캐소드는 서로 인접하게 배열되어 있고, 산소 함유된 가스로 채워진 갭에 의해 서로 분리되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 박테리아 연료전지는 또한 정제될 액체와 액체 교류하고, 전기 도전성 코팅을 통해 금속 전기 도전체와 전기적으로 연결되어 있는 그 표면 상에 바이오필름 성장에 적합한 적어도 하나의 표면을 포함한다. 바람직하게는, 바이오필름 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 전기 도전성 코팅의 표면 위에 놓여진 패브릭에 의해 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 전기 도전성 코팅은 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅을 포함한다. 부가적으로 또는 대안으로서, 전기 도전성 코팅은 전기 도전성 시트를 포함한다.
바람직하게는, 복수의 캐소드 중 적어도 하나의 전기 도전성 코팅은 물투과성 전기 도전성 시트를 포함한다.
바람직하게는, 복수의 캐소드 중 적어도 하나의 코팅된 금속 전기 도전체는 물 투과성이다.
바람직하게는, 복수의 캐소드 중 적어도 하나는 부착층을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 이 부착층은 플라스틱 패브릭으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 복수의 애노드 및 캐소드에 애퍼어처가 형성되고, 박테리아 연료전지는 복수의 애노드 및 복수의 캐소드와 정제될 액체의 교류를 제공하기 위해 인접한 캐소드 사이에 형성된 도관, 및 인접한 캐소드와 애노드 사이에 형성된 체적을 포함하고, 이 애퍼어처는 도관과 체적 사이에 정제될 액체의 교류를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 복수의 애노드 및 캐소드는 엠보싱형 부재로 형성된다. 바람직하게는, 복수의 애노드 및 캐소드는 함께 밀봉된다.
또한, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 박테리아 전기분해 전지가 제공된다. 본 박테리아 연료전지는 정제될 물을 받는 주입구, 정제된 물의 배출을 위한 배출구, 및 수소 가스를 위한 배출구를 구비한 탱크 내에 놓여진, 정제될 액체와 유체교류하는 복수의 애노드 및 캐소드를 포함하고, 이 복수의 애노드 및 캐소드는 전원에 걸쳐 전기 회로를 통해 연결되어 있고, 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나는 전기 회로에 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체, 및 적어도 금속 전기 도전체와 전지 내의 액체 사이에 전기 도전성 코팅을 포함하고, 이 전기 도전성 코팅은 액체와 전기 도전체를 서로로부터 상호 밀봉하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 본 박테리아 전기분해 셀은 또한 정제될 액체와 유체교류하고, 전기 도전성 코팅을 통해 금속 전기 도전체와 전기적으로 연결되어 있는 표면 상에 바이오필름 성장에 적합한 적어도 하나의 표면을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 복수의 캐소드는 전기 도전성 코팅 부근에 각각 산소 투과성 액체 불투과성 층을 포함하는데, 이 산소 투과성 액체 불투과성 층은 산소 함유 가스에 노출된다. 바람직하게는, 산소 투과성 액체 불투과성 층은 전기 도전성 시트를 포함한다. 대안으로서, 산소 투과성 액체 불투과성 층은 실리콘 고무로 이루어진다.
바람직하게는, 복수의 애노드 중 적어도 하나의 금속 전기 도전체는 포일 형태이다.
바람직하게는, 금속 전기 도전체는 와이어 그리드 형태이다. 대안으로서, 금속 전기 도전체는 다공성 평면형 부재 형태이다. 대안으로서, 금속 전기 도전체는 대체로 평행한 와이어 어레이 형태이다.
또한, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른, 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극이 제공된다. 본 전극은 전기 회로 내에 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체, 및 적어도 금속 전기 도전체와 전지 내의 액체 사이에 전기적 도전성 코팅을 포함하고, 이 전기 도전성 코팅은 액체와 전기 도전체를 서로로부터 상호 밀봉하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 본 전극은 정제될 액체와 유체교류하고, 전기 도전성 코팅을 통해 금속 전기 도전체와 전기적으로 연결되어 있는 표면 상에 바이오플림 성장에 적합한 적어도 하나의 표면을 포함한다.
바람직하게는, 전기 도전성 코팅은 그 표면 상에 바이오필름 성장에 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 바이오필름 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어지고, 코팅된 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있는 복수의 길쭉한 부재의 실린더형 표면에 의해 형성된다. 바람직하게는, 코팅된 금속 전기 도전체는 복수의 길쭉한 부재 중 복수의 부재를 그 길이 방향을 따라 다발로 유지하기 위해 꼬아질 수 있다. 바람직하게는, 길쭉한 부재는 코팅된 금속 전기 도전체보다 낮은 전기 전도성을 가진 비금속 전기 도전체이다. 바람직하게는, 길쭉한 부재는 도전성 플라스틱으로 이루어진다. 대안으로서, 길쭉한 부재는 그래파이트 섬유로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 바이오필름 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어져 있고, 코팅된 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있는 느슨하게 감겨진 나선형 부재에 의해 둘러싸인 복수의 바람개비 부재에 의해 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 바이오필름 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 코팅된 금속 전기 도전체 둘레에 도전성 플라스틱으로 이루어진 실린더형 부재에 의해 형성된다.
바람직하게는, 코팅된 금속 전기 도전체는 와이어 형태이다. 대안으로서, 코팅된 금속 전기 도전체는 케이블 형태이다. 대안으로서, 코팅된 금속 전기 도전체는 막대 형태이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 바이오필름 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 전기 도전성 코팅의 하나의 표면 위에 놓인 패브릭에 의해 형성된다.
바람직하게는, 금속 전기 도전체는 포일 형태이다. 대안으로서 ,금속 전기 도전체는 와이어 그리드 형태이다. 대안으로서, 금속 전기 도전체는 다공성 평면형 부재 형태이다. 대안으로서, 금속 전기 도전체는 대체로 평행한 와이어 어레이 형태이다.
바람직하게는, 금속 전기 도전체는 구리 또는 알루미늄으로 이루어진다. 바람직하게는, 전기 도전성 코팅은 도전성 플라스틱으로 이루어진다.
본 발명은 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 박테리아 연료전지의 간단한 도면이다.
도 2a, 2b, 2c, 및 2d는 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지에 유용한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 전극의 4가지 대안의 실시예의 간단한 도면이다.
도 3a, 3b, 및 3c는 박테리아 연료전지에서 유용한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 캐소드의 3가지 대안의 실시예의 간단한 도면이다.
도 4a, 4b, 및 4c는 박테리아 연료전지에서 유용한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 캐소드의 3가지 대안의 실시예의 간단한 도면이다.
도 5a, 및 5b는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 박테리아 연료전지의 간단한 측면도 및 상면도이다.
도 6은 박테리아 연료 전지 및 박테리아 전기분해 전지에 유용한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 전극의 간단한 도면이다.
도 7은 박테리아 연료전지에 유용한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 전극의 간단한 도면이다.
도 8은 박테리아 연료전지에 유용한 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 캐소드의 간단한 도면이다.
도 9a, 및 9b는 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 박테리아 전기분해 전지의 간단한 측면도 및 상면도이다.
이제, 산업용 폐기수와 같은 정제될 액체(104)와 유체교류하는, 각각 문자 A로 표시된 복수의 애노드(100), 및 각각 문자 C로 표시된 복수의 캐소드(102)를 포함하고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 박테리아 연료전지의 간단한 도면인 도 1을 참조한다. 도 1의 실시예에서, 정제될 물은 애노드(100)에 형성된 애퍼어처 및 캐소드(102) 및 인접한 캐소드 사이에 형성된 도관(106)을 통해 연결된 주입구(105)에서 공급되는데, 일련의 체적(107)이 인접한 애노드(100)와 캐소드(102) 사이에 형성되어 있고, 배출구(108)과 함께 (도시되지 않은) 신축성 시일에 의해 함께 밀봉된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 애노드와 캐소드는 종래의 플레이트 열 교환기에서 사용되는 것과 유사한 형상의 앰보싱형 엘리먼트로 형성될 수 있다. 이러한 구조의 예는 미국특허 제4,014,385호; 제3,792,730호; 제3,731,737호; 제3,661,203호; 제2,787,446호; 제2,550,339호에 도시되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 복수의 애노드(100) 및 복수의 캐소드(102)는 각각 전기 도전성 코팅에 의해 둘러싸인 금속 전기 도전체를 포함한다.
각각의 애노드(100)의 구조는 확대부(109)에 도시되어 있다. 본 명세서에서 참조번호 110으로 지정된 금속 도전체, 바람직하게는 구리 또는 알루미늄은 전기 도전성 코팅에 의해 둘러싸여 진다.
도시된 실시예에서, 전기 도전성 코팅은 금속 도전체(110)를 인케이싱하기 위해 한 쌍의 액체 불투과성 도전성 플라스틱 시트(112)를 라미네이팅함으로써 구현된다. 바람직하게는, 시트(112)는 도전성 플라스틱 시트를 만들기 위해, 카본 또는 그래파이트와 같은, 도전성 파우더와 함께 컴파운딩된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 PET와 같은 플라스틱으로 이루어진다.
바이오필름 성장은 시트(112)의 외표면상에서 지지되는 것이 바람직하다. 옵션으로서, 바이오필름 성장 서포트(116)는 시트(112)의 적어도 하나의 외표면상에 제공된다. 바이오필름 성장 서포트(116)는 바람직하게는 폴리에스터 또는 다른 적합한 재료로 형성된 패브릭(fabric)일 수 있다.
애노드(100)의 다양한 엘리먼트의 전형적인 두께는 아래와 같다.
도전체(110) - 20 - 200 마이크로미터
시트(112) - 50 - 400 마이크로미터
바이오필름 성장 서포트(116) - 10 - 50 마이크로미터
애노드(100)의 4가지 대안의 실시예가 도 2a-2d에 도시되어 있다. 도 2a에서, 도전체(110)는 포일 형태이고, 참조번호 120으로 지정되어 있다. 도 2b에서, 도전체(110)는 와이어 그리드 형태이고, 참조번호 122로 지정되어 있다. 도 2c에서, 도전체(110)는 다공성 평면형 엘리먼트 형태이고, 참조번호 124로 지정되어 있다. 도 2d에서 도전체(110)는 대체로 평행한 와이어 어레이 형태이고, 참조번호 126으로 지정되어 있다.
각각의 캐소드(102)의 구조의 하나의 실시예는 확대부(128)에 도시되어 있다. 바람직하게는 구리 또는 알루미늄인 다공성 금속 도전체(130)가 전기적 도전성 코팅에 의해 둘러싸여 있음을 알 수 있다.
도시된 실시예에서, 전기 도전성 코팅은 금속 도전체(130)를 액체 불투과성 전기 도전성 플라스틱으로 코팅하고, 액체 마주한 면 위의 코팅된 금속 도전체를 전기 도전성 플라스틱으로 이루어진 다공성 시트(132)로 인케이싱함으로써, 구현되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 전기 도전성 플라스틱은 카본 또는 그래파이트와 같은 도전성 파우더와 함께 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 PET와 같은 플라스틱을 컴파운딩함으로써 형성된다.
바이오 필름 성장은 코팅된 도전체(130)와 시트(132)의 외표면 상에서 지지되는 것이 바람직하다. 옵션으로서, 바이오필름 성장 지지대(136)가 시트(132)의 적어도 하나의 외표면 상에 제공된다. 바이오필름 성장 지지대(136)는 바람직하게는 폴리에스터 또는 다른 적합한 재료로 형성된 패브릭일 수 있다.
반대편의 다공성의 도전성 코팅된 금속 도전체(130)의 공기와 마주한 면상에, 전형적으로 폴리에스터와 같은 플라스틱으로 형성된 직조 또는 직조되지 않은 패브릭을 포함하는 옵션의 부착층(138)이 제공되는 것이 바람직하다. 부착층(138)의 바깥쪽에, 바람직하게는 실리콘 고무로 형성되는 액체 불투과성 산소 투과성 층(140)이 제공되는 것이 바람직하다. 부착층(138)은 코팅된 도전체(130)에 산소 투과성 층(140)의 부착을 돕는다. 옵션으로서, 산소 투과성 층(140)의 바깥쪽에, 바람직하게는 비교적 단단한(rigid) 플라스틱의 그리드인 기계적 지지 층(142)이 제공된다.
확대부(128)에 도시된 캐소드(102)의 다양한 엘리먼트의 전형적인 두께는 아래와 같다.
다공성 코팅된 도전체(130) - 100 - 600 마이크로미터
다공성 시트(132) - 50 - 400 마이크로미터
바이오 필름 성장 서포트(136) - 10 - 50 마이크로미터
부착층(138) - 10 - 50 마이크로미터
산소 투과성 액체 불투과성 층(140) - 50 - 500 마이크로미터
기계적 지지 층(142) - 100 - 2000 마이크로미터
확대부(128)에 도시된 캐소드의 실시예의 3가지 대안의 실시예가 도 3a-3c에 도시되어 있다. 도 3a에서, 다공성 도전체(130)는 와이어(144)를 포함하는 와이어 그리드 형태이고, 이들 모두 확대부(148)에 도시된 바와 같이, 액체 불투과성 전기 도전성 코팅(146)에 의해 코팅되어 있다. 도 3b에서, 다공성 도전체(130)는 다공성 평면형 금속 부재(150)를 포함하고, 이들의 표면은 모두 확대된 부분(154)에 도시된 바와 같이 액체 불투과성 전기적 도전성 코팅(152)에 의해 코팅된다. 도 3c에서, 다공성 도전체(130)는 대체로 평행한 와이어 어레이(156) 형태이고, 이들은 모두 확대된 부분(160)에 도시된 바와 같이 액체 불투과성 전기 도전성 코팅(158)에 의해 코팅된다.
각각의 캐소드(102)의 구조의 다른 실시예는 확대부(168)에 도시되어 있다. 바람직하게는 구리 또는 알루미늄인 다공성 금속 도전체(170)가 전기 도전성 코팅에 의해 둘러싸여 있음을 볼 수 있다.
도시된 실시예에서, 전기 도전성 코팅은 바람직하게는 금속 도전체(170)를 전기 도전성 플라스틱으로 코팅하고, 코팅된 금속 도전체를 그것의 액체와 마주한 면에서 전기 도전성 플라스틱으로 이루어진 산소 투과성 액체 불투과성 시트(172)로 인케이싱함으로써 구현된다. 바람직하게는, 전기 도전성 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 PET와 같은 플라스틱과 카본 또는 그라파이트와 같은 도전성 파우더를 함께 컴파운딩함으로써 형성된다.
바이오필름 성장은 도전성 시트(172)의 외표면 상에서 지지되는 것인 바람직하다. 옵션으로서, 바이오필름 성장 서포트(176)는 시트(172)의 적어도 하나의 외표면 상에 제공된다. 바이오필름 성장 서포트(176)는 폴리에스터 또는 다른 적합한 재료로 형성되는 것이 바람직한 패브릭일 수 있다.
다공성 도전성 코팅된 금속 도전체(170)의 반대편의 공기와 마주한 면 상에, 옵션으로서 비교적 단단한 플라스틱의 그리드인 것이 바람직한 기계적 지지층(178)이 제공된다.
확대부(168)에 도시된 캐소드(102)의 다양한 부재들의 전형적인 두께는 아래와 같다.
다공성 코팅된 도전체(170) - 100 - 600 마이크로미터
산소 투과성 시트(172) - 50 - 400 마이크로미터
바이오필름 성장 서포트(176) - 10 - 50 마이크로미터
기계적 지지층(178) - 100 - 2000 마이크로미터
확대부(168)에 도시된 캐소드의 실시예의 3가지 대안의 실시예가 도 4a-4c에 도시되어 있다. 도 4a에서, 다공성 도전체(170)는 와이어(180)를 포함하는 와이어 그리드 형태이고, 이들 모두 확대부(184)에 도시된 바와 같이 액체 불투과성 전기 도전성 코팅(182)에 의해 코팅된다. 도 4b에서, 다공성 도전체(170)는 다공성 평면형 금속 부재(186)를 포함하고, 이들 모두 확대부(190)에 도시된 바와 같이 액체 불투과성 전기 도전성 코팅(188)에 의해 코팅된다. 도 4c에서, 다공성 도전체(170)는 대체로 평행한 와이어 어레이(192) 형태이고, 이들 모두 확대부(196)에 도시된 바와 같이 액체 불투과성 전기 도전성 코팅(194)에 의해 코팅된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 애노드(100) 및 캐소드(102)는 모두 부하(197)에 걸쳐 전기 회로에 전기적으로 연결된다. 도 1의 박테리아 연료전지에서, COD로 지시되는 액체(104) 내의 유기체는 전형적으로 바이오필름(198) 내에 있고, 애노드(100)에 제공된 바이오필름 성정 서포트(116)(확대부(109))에 의해 지지되는 것이 바람직한 지오박터, 및 스와넬라와 같은 발전성 박테리아에 의해 산화된다.
이러한 산화는 CO2, 양성자, 및 전자를 산출한다. 양성자는 캐소드(102)를 향해 액체(104)를 통해 퍼져나가고, 전자는 애노드(100)에 박테리아에 의해 공급되고, 애노드로부터 전기 회로를 통해 캐소드(102)로 이동한다.
캐소드(102)에서, 대기 중 산소 O2는 층(140(확대부(128), 또는 172(확대부168))과 같은 산소 투과 층을 통해 층(132(확대부(128), 또는 172(확대부168))과 같은 캐소드 상의 도전성 플라스틱 층으로 침투한다. 도전성 플라스틱 층의 물과 마주하는 면에서, 산소 O2는 물 H2O을 만들기 위해 양성자 및 전자와 반응한다. 이러한 반응은 전형적으로 바이오필름(199)에 의해 제공되는 것이 바람직하고, 바이오필름 성장 서포트(136(확대부(128), 또는 176(확대부(168))에 의해 지지되는 것이 바람직하고, 캐소드(102) 상에 제공되는 것이 바람직한 촉매를 필요로 한다.
그러므로, 도 1의 박테리아 연료전지의 동작은 전력 및 유기물질을 함유한 액체의 정제를 제공하는 것으로 이해될 수 있다.
이제, 산업용 폐기수와 같은, 정제될 액체(304)와 유체 교류하는 복수의 캐소드(302) 사이에 개재된 복수의 애노드(300)를 포함하는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 박테리아 연료전지의 간단한 측면도 및 위에서 내려다 본 도면인 도 5a 및 5b를 참조한다. 애노드(300) 및 캐소드(302)는 정제될 물을 받기 위한 주입구(308) 및 정제된 물의 배출을 위한 배출구(309)를 구비한 탱크(306) 내에 위치한다. 탱크(306) 내의 물(304)의 순환은 (도시되지 않은) 적합한 교반기(agitator) 또는 펌프에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 저압의 대기 중 산소 O2는 (도시되지 않은) 팬에 의해 캐소드(302)의 내부를 통해 불어넣어 지는 것이 바람직하다.
또한, 도 5a 및 5b의 박테리아 연료전지에 유용한 애노드(300)의 바람직한 실시예를 도시하는 도 6을 참조한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 구리 또는 알루미늄의 와이어, 케이블 또는 막대 형태인 중앙의 길쭉한 금속 도전체(310)는 몰딩되고, 부재(312)가 도전체(310)에 액체 불투과성 전기 도전성 코팅을 제공하도록 방사상으로 뻗어 있는 복수의 날개 부재(312)로부터 바깥쪽으로 뻗어 있다. 옵션으로서, 추가적인 길쭉한 도전체(314)는 몰딩되고, 부재(312)가 도전체(314)에 액체 불투과성 전기 도전성 코팅을 제공하도록 부재(312)의 하나 이상의 날개(316)의 방사상 바깥쪽 끝부로부터 바깥쪽으로 뻗어 있다. 부재(312)는 카본 또는 그래파이트와 같은 도전성 파우더와 함께 컴파운딩되는 폴리에스틸렌, 폴리프로필렌, 및 PET와 같은 액체 불투과성 도전성 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다.
원둘레의 전극 부분(318)은 바람개비(316)의 방사상으로 바깥쪽 끝부에 접하여 위치되는 것이 바람직하고, 부재(312)의 표면과 액체의 비교적 자유로운 교류를 허용하는, 도전성 플라스틱의 느슨하게 감겨진 나선형 엘리먼트로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 부재(312)와 원둘레의 전극 부분(318)은 압출 공정에 의해 단일 부재로 형성된다. 옵션으로서, 부재(312)와 전극 부분(318)의 일부 또는 모든 표면은 카본 또는 그래파이트로 이루어진 (도시되지 않은) 도전성 파우더 또는 도전성 섬유로 코팅된다. 부재(312) 및 전극 부분(318)의 표면은 모두 바이오필름 성장을 지지하고, 전기의 발생 및 액체(304)의 정제를 가능하게 하는 역할을 한다.
이제, 특히 도 5a 및 5b의 박테리아 연료전지 내의 애노드(300)로서 유용한 전극 어셈블리를 도시하는 도 7을 참조한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이 전극 어셈블리는 복수의 길쭉한 도전성 부재(350)가 바람직하게는 전기 도전성 플라스틱인, 액체 불투과성 전기 도전성 코팅(354)으로 코팅된 꼬아진 금속 전기 도전체(352)로부터 대체로 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있고, 이 도전체에 의해 유지되어 있는 브러쉬형 구조를 포함한다. 바람직하게는, 전기 도전성 플라스틱은 카본 또는 그래파이트와 같은 도전성 파우더와 함께 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 PET와 같은 플라스틱을 컴파운딩함으로써 형성된다.
부재(350)는 도전성 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하고 또는 대안으로서 그래파이트 섬유로 이루어질 수 있다. 꼬아진 도전체(352)는 구리 또는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 것이 바람직하다. 코팅된 도전체(352) 및 부재(350)의 표면은 모두 바이오필름 성장을 지지하고, 도전체(352)가 도시된 바와 같이 전기적 부하에 연결될 때, 전기의 발생 및 액체(304)의 정제를 가능하게 하는 역할을 한다.
바람직하게는, 부재(350)의 방사상 외부 팁은 인접한 전극간의 의도하지 않은 단선을 방지하기 위해 (도시되지 않은) 실리콘 고무 재료와 같은, 전기 절연 재료로 코팅될 수 있다.
이제 도 5a 및 5b의 박테리아 연료 전지에 유용한 바람직한 캐소드(302)를 도시하는 도 8을 참조한다. 캐소드(302)는 카본 또는 그래파이트와 같은, 도전성 파우더와 함께 컴파운딩된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 PET와 같은 다공성 또는 포러스(다공성) 전기 도전성 플라스틱으로 이루어진 실린더(360)를 포함하는 것이 바람직하다. 옵션으로서, 실린더(360)의 일부 또는 모든 표면은 카본 또는 그래파이트로 이루어진 (도시되지 않은) 도전성 파우더 또는 도전성 섬유로 코팅된다. 실린더(360)의 표면은 바이오필름 성장을 지지하고, 전기 발생 및 액체(304) 정제를 가능하게 하는 역할을 하는 것이 바람직하다.
캐소드(302)의 외부면은 액체(304)에 의해 침투되고, 캐소드(302)의 내부면은 실린더(360)의 내부 면을 따라 형성된 액체 불투과성 산소 투과성 코팅(362)에 의해 액체(304)와의 접촉으로부터 밀봉된다. 하나 이상의 금속 도전체(364), 바람직하게는 와이어, 케이블, 또는 막대 형태의 구리 또는 알루미늄은 실린더(360)가 도전체(364)에 액체 불투과성 전기 도전성 코팅을 제공하도록 실린더(360)로부터 바깥쪽으로 뻗어 있고 몰딩되는 것이 바람직하다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 모든 애노드(300)와 모든 캐소드(302)는 부하(320)에 걸쳐 전기 회로에 전기적으로 연결된다. 도 5a 및 5b의 박테리아 연료전지에서, COD로 지시되는 액체(304) 내의 유기체는 전형적으로 애노드(300)에서 지지되는 바이오필름(370)에 있는 지오박터, 및 스와넬라와 같은 발전성 박테리아에 의해 산화된다.
이러한 산화는 CO2, 양성자, 및 전자를 산출한다. 양성자는 캐소드(302)를 향해 액체(304)를 통해 퍼져나가고, 전자는 애노드(300)에 박테리아에 의해 공급되고, 애노드(300)로부터 전기 회로를 통해 캐소드(302)로 이동한다.
캐소드(302)에서, 대기 중 산소 O2는 층(362)(도 8)과 같은 산소 투과 층을 통해 층(360)(도 8)과 같은 캐소드 상의 도전성 플라스틱 층으로 침투한다. 도전성 플라스틱 층(360)의 물과 마주하는 면에서, 산소 O2는 물 H2O을 만들기 위해 양성자 및 전자와 반응한다. 이러한 반응은 전형적으로 바이오필름(372)에 의해 제공되는 것이 바람직하고 캐소드(302)에 있는 것이 바람직한 촉매를 필요로 한다.
그러므로, 도 5a 및 5b의 박테리아 연료전지의 동작은 전기 발생, 및 유기물을 함유한 액체의 정제를 모두 제공하는 것으로 이해될 수 있다.
도 1-8을 참조하여 앞서 서술되고 도시된 타입의 박테리아 연료전지 중 복수의 연료전지들이 수압적으로 그리고 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 모두 연결될 수 있음을 이해해야 한다. 병렬 상호연결은 정제될 물의 체적을 증가시키고, 증가된 전류 출력을 제공하고, 한편 직렬 상호연결은 정제의 크기를 증가시키고, 증가된 전압 출력을 제공한다. 병렬 및 직렬 연결의 다양한 조합은 최적의 물 처리 및 전력 생산을 제공하기 위해 유리하게 사용될 수 있다.
이제, 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 박테리아 전기분해 전지의 간단한 측면도 및 상면도인 도 9a 및 9b를 참조한다.
복수의 애노드(400)를 포함하는, 도 9a 및 9b의 박테리아 전기분해 셀은 산업 폐기수와 같은, 정제될 액체(404)와 유체 교류하는 복수의 캐소드(402) 사이에 개재된다. 애노드(400) 및 캐소드(402)는 정제될 물을 받기 위한 주입구(408) 및 정제된 물의 배출을 위한 배출구(409)를 구비한 탱크(406) 내에 놓여진다. 탱크(406) 내의 물(404)의 순환은 (도시되지 않은) 적절한 교반기 또는 펌프에 의해 제공되는 것이 바람직하다.
애노드(400) 및 캐소드(402)는 도시된 바와 같이 구조적으로 동일할 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 경우에, 애노드(400) 및 캐소드(402)는 오직 그 전기적 연결에 의해 서로 구별된다. 따라서, 애노드(400) 및 캐소드(402)는 각각 도 2a-2d에 도시된 타입, 또는 도 6에 도시된 타입, 또는 도 7에 도시된 타입, 또는 임의의 다른 적합한 구조일 수 있다. 애노드(400)는 도 6에 도시된 타입이고, 캐소드는 도 7에 도시된 타입인 것, 또는 그 역인 것이 바람직하다.
도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 모든 애노드(400) 및 모든 캐소드(402)는 전원(420)에 걸쳐 전기회로에 전기적으로 연결되어 있다. 도 9a 및 9b의 박테리아 전기분해 전지에서, COD로 지시되는 액체(404) 내의 유기체는 전형적으로 애노드(400)에서 지지되는 바이오필름(430)에 있는 지오박터, 및 스와넬라와 같은 발전성 박테리아에 의해 산화된다.
이러한 산화는 CO2, 양성자, 및 전자를 산출한다. 양성자는 캐소드(402)를 향해 액체(404)를 통해 퍼져나가고, 전자는 애노드(400)에 박테리아에 의해 공급되고, 애노드로부터 전기 회로를 통해 캐소드(402)로 이동한다.
캐소드(402)에서, 전기 회로를 통해 전원(420)에 의해 구동되는 전자에 의해 수소 가스 H2로 감소된다. 수소 가스 및 CO2는 탱크(406) 위에 놓여진 커버(440)에 의해 한정된 헤드 공간에 축척되고, 배출구(442)에서 배출되고, 적합한 방식으로 분리된다.
그러므로, 도 9a 및 9b의 박테리아 전기분해 전지의 동작은 종래의 공정보다 낮은 레벨의 전기를 소비하여 수소 가스를 생산하는 것은 물론, 유기물을 함유한 액체의 정제를 제공하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명이 앞서 서술되고 도시된 특정한 것으로 한정되지 않음이 당업자들에 의해 이해될 것이다. 그보다는, 본 발명의 범위는 앞서 서술된 다양한 특징은 물론, 종래기술의 아닌 앞선 설명을 읽고 당업자들에게 일어날 수 있는 변형 및 수정의 조합 및 하부조합을 모두 포함한다.

Claims (90)

  1. 박테리아 연료전지로서,
    정제될 액체와 액체 교류하는 복수의 애노드 및 복수의 캐소드;를 포함하고,
    상기 복수의 애노드와 상기 복수의 캐소드는 각각
    전자회로 내의 로드를 가로질러 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체; 및
    적어도 상기 정제될 액체와 상기 금속 전기 도전체 사이에 전기적 도전성 코팅;을 포함하고,
    상기 전기 도전성 코팅은 서로로부터 상기 전기 도전체와 상기 액체를 상호 밀봉하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 정제될 액체와 액체 교류하고, 상기 전기 도전성 코팅을 통해 상기 금속 전기 도전체와 전기적으로 통신하는, 표면상에 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면을 더 포함하는 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 표면상에 생물막 생장을 위해 조절된 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 생물막 생장에 적합한 적어도 하나의 표면은 상기 전기 도전성 코팅의 하나의 표면을 오버레이하는 페브릭(fabric)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 상기 전기 도전성 코팅은 상기 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 전기 도전성 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드 중 적어도 하나의 상기 전기 도전성 코팅은 물 투과성 전기 도전성 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드 중 적어도 하나의 상기 코팅된 금속 전기 도전체는 물 투과성인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드는 각각 상기 전기 도전성 코팅 부근에 산소 투과성 액체 불투과성인 층을 포함하고, 상기 산소 투과성 액체 불투과성인 층은 산소 함유 가스에 노출되는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소 투과성 액체 불투과성 층은 전기 도전성 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 산소 투과성 액체 불투과성 층은 실리콘 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 애노드 중 적어도 하나의 상기 금속 전기 도전체는 포일 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 와이어 그리드 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 다공성 평면형 엘리먼트의 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  15. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 대체로 평행한 와이어 어레이의 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드 중 적어도 하나는 부착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 부착층은 플라스틱 패브릭으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 애노드 및 캐소드 내에 애퍼어처가 형성되고, 상기 애퍼어처는
    인접한 상기 캐소드 사이에 형성되는 도관; 및
    상기 복수의 애노드 및 상기 복수의 캐소드와 상기 정제될 액체의 교류를 제공하는 인접한 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 형성되는 체적;을 포함하고,
    상기 애퍼어처는 상기 도관과 상기 체적 사이에 상기 정제될 액체의 교류를 제공하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 애노드 및 캐소드는 엠보싱형 엘리먼트로 형성되는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 복수의 애노드 및 캐소드는 함께 밀봉되는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  21. 제 2 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어진 다수의 길쭉한 엘리먼트의 실린더형 표면에 의해 형성되고, 상기 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상으로 바깥쪽으로 뻗어 있고, 상기 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 상기 전기 도전성 코팅은 상기 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 코팅된 금속 전기 도전체는 상기 복수의 길쭉한 엘리먼트 중 복수의 엘리먼트를 길이 방향을 따라 다발로 유지하기 위해 꼬아져(twisted) 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  23. 제 21 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 상기 코팅된 금속 전기 도전체 보다 낮은 전기 도전성을 가지는 비금속 전기 도전체인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  25. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 그패파이트 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  26. 제 2 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어지고, 상기 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 느슨하게 감겨진 나선형 엘리먼트에 의해 둘러싸인 복수의 바람개비 엘리먼트에 의해 형성되고, 상기 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 상기 전기 도전성 코팅은 상기 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  27. 제 2 항, 제 9 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 상기 금속 전기 도전체 둘레에 도전성 플라스틱으로 이루어진 실린더형 엘리먼트에 의해 형성되고, 상기 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 상기 전기 도전성 코팅은 상기 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  28. 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅된 금속 전기 도전체는 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  29. 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅된 금속 전기 도전체는 케이블 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  30. 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅된 금속 전기 도전체는 막대 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  33. 박테리아 연료전지로서,
    정제될 액체와 액체 교류하는 복수의 애노드 및 복수의 캐소드;를 포함하고,
    상기 복수의 애노드와 상기 복수의 캐소드는 각각
    전자회로 내의 로드를 걸쳐 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체; 및
    적어도 상기 정제될 액체와 상기 금속 전기 도전체 사이에 전기적 도전성 코팅;을 포함하고,
    상기 전기 도전성 코팅은 서로로부터 상기 전기 도전체와 상기 액체를 상호 밀봉하도록 동작하고,
    상기 캐소드 중 적어도 2개의 캐소드는 서로 인접하게 배열되어 있고, 산소 함유된 가스로 채워진 갭에 의해 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 정제될 액체와 유체 교류하고 상기 전기 도전성 코팅을 통해 상기 금속 전기 도전체와 전기적으로 연결되어 있는 표면상에 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 포면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 그 표면 상에 생물막 성장을 위해 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  36. 제 34 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 상기 전기 도전성 코팅의 표면을 오버레이하는 패브릭에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  37. 제 33 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 상기 전기 도전성 코팅은 상기 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  38. 제 33 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 전기 도전성 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  39. 제 33 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드 중 적어도 하나의 상기 전기 도전성 코팅은 수투과성 전기 도전성 시트인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  40. 제 33 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드 중 적어도 하나의 상기 코팅된 금속 전기 도전성 코팅은 수투과성인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  41. 제 33 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드는 각각 상기 전기 도전성 코팅 부근에 산소 투과성 액체 불투과성 층을 포함하고, 상기 산소 투과성 액체 불투과성 층은 산소 함유 가스에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  42. 제 33 항 내지 제 38 항 및 제 40 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소 투과성 액체 불투과성 층은 전기 도전성 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 산소 투과성 액체 불투과성 층은 실리콘 고무로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  44. 제 33 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 애노드 중 적어도 하나의 상기 금속 전기 도전체는 포일 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  45. 제 33 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 와이어 그리드 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  46. 제 33 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 다공성 평면형 엘리먼트 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  47. 제 33 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 대체로 평행한 와이어 어레이 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  48. 제 33 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 캐소드 중 적어도 하나는 부착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 부착 층은 플라스틱 패브릭으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  50. 제 33 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 애노드와 캐소드에 애퍼어처가 형성되어 있고, 상기 애퍼어처는
    인접한 상기 캐소드 사이에 형성된 도관; 및
    상기 복수의 애노드 및 상기 복수의 캐소드와, 상기 정제될 액체의 교류를 제공하는, 인접한 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 형성된 체적;을 포함하고,
    상기 애퍼어처는 상기 도관과 상기 체적 사이에 상기 정제될 액체의 교류를 제공하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  51. 제 33 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 애노드 및 캐소드는 엠보싱형 엘리먼트로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  52. 제 51 항에 있어서, 상기 복수의 애노드 및 캐소드는 함께 밀봉되는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  53. 제 33 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  54. 제 33 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지.
  55. 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극으로서,
    전기적 회로 내에서 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체; 및
    적어도 상기 금속 전기 도전체와 상기 전지 내의 액체 사이에 전기 도전성 코팅;을 포함하고,
    상기 전기 도전성 코팅은 서로로부터 상기 액체 및 상기 전기 도전체를 상호 밀봉하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 정제될 액체와 액체 교류하고 상기 전기 도전성 코팅을 통해 상기 금속 전기 도전체와 전기적으로 연결되어 있는, 표면 상에 생물막 생장에 적합한 적어도 하나의 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  57. 제 55 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 생물막 성장을 위해 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  58. 제 55 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 상기 전기 도전성 코팅은 상기 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  59. 제 56 항 내지 제 58 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어져 있고 상기 코팅된 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 복수의 길쭉한 엘리먼트의 실린더형 표면에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  60. 제 59 항에 있어서, 상기 코팅된 금속 전기 도전체는 상기 복수의 길쭉한 엘 중 복수의 엘리먼트를 그 길이방향을 따라 다발로 유지하기 위해 꼬아져(twisted) 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  61. 제 59 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 상기 금속 전기 도전체 보다 낮은 전기 도전성을 가지는 비금속 전기 도전체인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  62. 제 59 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  63. 제 59 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 그래파이트 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  64. 제 56 항 내지 제 58 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어져 있고 상기 코팅된 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 느슨하게 감겨진 나선형 엘리먼트에 의해 둘러싸인 복수의 바람개비 엘리먼트에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  65. 제 55 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  66. 제 55 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 케이블 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  67. 제 55 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 막대 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  68. 제 56 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 상기 전기 도전성 코팅의 표면을 오버레이하는 패브릭에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  69. 제 57 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기적 도전성 코팅은 전기 도전성 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  70. 제 69 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 포일 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  71. 제 69 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 와이어 그리드 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  72. 제 69 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 다공성 평면형 엘리먼트 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  73. 제 69 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 대체로 평행한 와이어 어레이 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  74. 제 55 항 내지 제 73 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  75. 제 55 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 연료전지 및 전기분해 전지 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전극.
  76. 박테리아 전기분해 전지로서,
    탱크 내에 위치하는 정제될 액체와 유체 교류하는 복수의 애노드 및 캐소드를 포함하고, 상기 탱크는
    상기 탱크는 정제될 물을 받기 위한 주입구;
    정제된 물의 배출을 위한 배출구;
    수소 가스를 위한 배출구;를 포함하고,
    상기 복수의 애노드 및 캐소드는 전원에 걸쳐 전기적 회로를 통해 연결되어 있고,
    상기 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나는
    전기적 회로 내에 전기적으로 연결되도록 배열된 금속 전기 도전체;
    적어도 상기 금속 전기 도전체와 상기 전지 내의 액체 사이에 전기 도전성 코팅을 포함하고,
    상기 전기 도전성 코팅은 상기 액체와 상기 전기 도전체를 서로로부터 상호 밀봉하는 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  77. 제 76 항에 있어서, 상기 정제될 액체와 유체 교류하고 상기 전기 도전성 코팅을 통해 상기 금속 전기 도전체와 전기적으로 연결되어 있는 표면 상에서의 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  78. 제 76 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 생물막 성장을 위해 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  79. 제 76 항 내지 제 78 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 코팅된 금속 전기 도전체이고, 상기 전기 도전성 코팅은 상기 금속 전기 도전체 상에 형성된 전기 도전성 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  80. 제 77 항 내지 제 79 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어져 있고 상기 코팅된 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 복수의 길쭉한 엘리먼트의 실린더형 표면에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  81. 제 80 항에 있어서, 상기 코팅된 전기 도전체는 상기 복수의 길쭉한 엘리먼트 중 복수의 엘리먼트를 그 길이방향을 따라 다발로 유지하기 위해 꼬아져(twisted) 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  82. 제 80 항 내지 제 81 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 상기 금속 전기 도전체보다 낮은 전기 도전성을 가지는 비금속 전기 도전체인 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  83. 제 80 항 내지 제 82 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  84. 제 80 항 내지 제 82 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길쭉한 엘리먼트는 그래파이트 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  85. 제 77 항 내지 제 79 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물막 성장에 적합한 적어도 하나의 표면은 도전성 플라스틱으로 이루어져 있고 상기 코팅된 금속 전기 도전체로부터 대체로 방사상으로 바깥쪽으로 뻗어 있는 느슨하게 감겨진 나선형 엘리먼트에 의해 둘러싸인 복수의 바람개비 엘리먼트에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  86. 제 76 항 내지 제 85 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  87. 제 76 항 내지 제 85 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 케이블 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  88. 제 76 항 내지 제 85 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는 막대 형태인 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  89. 제 76 항 내지 제 88 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 전기 도전체는구리 또는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
  90. 제 76 항 내지 제 89 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 도전성 코팅은 도전성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박테리아 전기분해 전지.
KR1020117012126A 2008-10-30 2009-11-01 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지에 사용하기 위한 전극과, 이러한 전극을 이용한 박테리아 연료전지 및 박테리아 전기분해 전지 KR101662051B1 (ko)

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