MEMS based microbial fuel cell with microliter volume for microscale power generation

Yakıt pilleri, dünyadaki enerjine probleminin çözümünün bir parçası olabilirler. Hem makro hem de mikro düzeyde güç üretebilirler. Özellikle, MEMS tabanlı mikro ölçekli mikrobiyal yakıt pilleri (μMYP), kolay, ucuz, hızlı ve taşınabilir güç kaynaklarının ve sensörlerin üretimi için bir cevap olabilir. μMYP'ler, konvansiyonel yakıt pillerinde kullanılan metal katalizörlerin aksine mikroorganizmaların katalizör olarak kullanıldığı, kimyasal enerjiyi elektriksel enerjiye dönüştüren elektrokimyasal cihazlardır. Örneğin, çip-üstü-laboratuvar sistemlerine güç sağlamak üzere entegre edilebilecekleri gibi kendi başlarına bir biyosensör olarak kullanılabilirler. Bu çalışma, silisyum MEMS teknolojisi ile üretilmiş, mikrolitre hacimli, kompakt bir mikrobiyal yakıt pilinin geliştirilmesi üzerine odaklanmıştır. Küçük cihazlar için güç kaynağı olarak entegre edilmek üzere yüksek güç yoğunluğuna ve düşük başlatma süresine sahip olacak şekilde tasarlanması amaçlanmıştır. Çalışma boyunca birçok μMYP farklı koşullarda çalıştırılmıştır. Dış yükün, anolit tipinin, çalışma koşullarının ve altın anot yüzeylerinin kimyasal modifikasyonunun başlatma süresi ve güç yoğunluğu üzerine etkileri Shewanella oneidensis MR-1 kullanılarak karşılaştırılmıştır. Performans parametreleri polarizasyon eğrileri, Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi ve Taramalı Elektron mikroskopu kullanılarak karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, kendiliğinden oluşan sisteamin tek katmanıyla işlem görmüş μMYP'lerinin anot yüzeyinde daha iyi bakteriyel tutunma sağladığı için başlatma süresini %50'den fazla kısalttığını göstermiştir. Sisteaminle işlenmiş ve işlenmemiş altın yüzeyler kullanılan μMYP'lerde, hacimsel güç yoğunluğu (330 µW/cm3) benzer olarak bulunmuştur ve bu değerler literatürdeki benzer çalışma sonuçlarıyla aynı ölçektedir.