Performance of enzymically catalyzed fuel cell in air-breathing conditions

Abstract

Biologinen polttokenno on sähkökemiallinen kenno, joka muuntaa aineeseen sitoutunutta kemiallista energiaa sähköenergiaksi ja toimii tehonlähteenä samoin periaattein kuin tavanomaiset polttokennot. Polttoaineiden hapetus-pelkistys-reaktioita kiihdyttävät metalliset katalyytit on biologisissa polttokennoissa kuitenkin korvattu biologisilla katalyyteillä. Biologiset katalyytit ovat luonnolle ja ihmiselle vaarattomia ja massatuotettuna perinteisiä metallisia katalyyttejä edullisempia Lisäksi ne laajentavat polttokennossa käytettävissä olevien polttoaineiden valikoimaa. Entsymaattisissa polttokennoissa katalyytteinä toimivat mikrobista eristetyt ja puhdistetut entsyymit, jotka mahdollistavat korkean tehotiheyden biologisessa polttokennossa.

Tässä diplomityössä tutkitaan sokeria polttoaineenaan käyttävän entsymaattisen polttokennon suorituskykyä. Sokeri on tavallinen, helposti saatavilla oleva, ihmiselle ja ympäristölle vaaraton aine. Toinen polttokennon reaktioissa tarvittava polttoaine on happi, joka saadaan suoraan ilmasta kaasuja läpäisevän pinnan avulla. Virrankerääjinä käytetään hiilipohjaisia seoksia ja myös muut materiaalit pyritään valitsemaan siten, että tuloksena olisi täysin kierrätettävä ja biohajoava tehonlähde, joka ei sisällä ihmiselle haitallisia yhdisteitä.

Kokeellisessa osassa paperi- tai hiilikangaspinnat päällystettiin aktiivisilla komponenteilla, ja näin valmistettujen entsyymielektrodien toimintaa tutkittiin kolmessa rakenteeltaan poikkeavassa polttokennossa. Viimeisin kenno demonstroi biopatteria; ohutta ja joustavaa tehonlähdettä pienitehoiselle elektroniikalle, joka voidaan kierrättää talousjätteiden mukana ja valmistaa massatuotantona alhaisin yksikkökustannuksin.