Ako vyrobiť mikrobiálny palivový článok (MFC) pomocou bahna: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Mikrobiálny palivový článok MudWatt (láskyplne nazývaný „špinavá batéria“) je zariadenie, ktoré pomocou baktérií premieňa organickú hmotu nachádzajúcu sa v bahne na elektrickú energiu. Tento návod vás prevedie výrobou vlastného mikrobiálneho palivového článku pomocou akejkoľvek súpravy MudWatt Science Kit

Na výrobu MudWattu budete potrebovať:

• Balíček MudWatt Classic, MudWatt Science Fair Pack alebo balíček MudWatt Classroom Pack
• Blato
• Akýkoľvek kontajner (ak používate inú nádobu)

Ako funguje MudWatt: MudWatt je zábavná a vzdelávacia súprava pre vedu, ktorá na výrobu elektriny využíva mikroorganizmy, ktoré sa prirodzene nachádzajú v pôde. Napriek tomu, že tieto mikróby nie sú voľným okom viditeľné, žijú v telách, ktorých hrúbka je jedna desatina hrúbky ľudského vlasu, žijú prakticky vo všetkých pôdach a usadeninách na planéte. Medzi tieto rozmanité spoločenstvá mikróbov patria konkrétne druhy, ktoré majú v rámci svojho dýchacieho procesu jedinečnú schopnosť uvoľňovať elektróny mimo svoje telo.

MudWatt využíva túto pozoruhodnú schopnosť tým, že dodáva týmto mikróbom na báze blata dva vodivé grafitové disky, nazývané anóda a katóda. Anóda je umiestnená v bahne, kde môžu rásť elektrogénne mikróby, zatiaľ čo katóda je umiestnená na vrchole a vystavuje ju kyslíku vo vzduchu (pozri diagram MudWatt nižšie).

Krok 1: Výroba bahna

Nasaďte si rukavice a nájdite 3-4 hrste hliny alebo močiara-čím smradľavejšie, tým lepšie! Pridaním alebo vyliatím vody sa presvedčte, či je vaša pôda nasýtená, ale nie polievková. Voliteľné: Pridajte do pôdy ďalšie živiny, ako sú napríklad obaly MudWatt, výrobky z drveného papiera alebo potraviny z chladničky.

Kľúčové poznámky: Vyhnite sa používaniu pôd s malými bielymi guľôčkami (perlit), ktoré prevzdušňujú pôdu. Baktérie, ktoré poháňajú MudWatt, sú anaeróby, ktoré na vybudovanie zdravých komunít potrebujú prostredie bez kyslíka.

Krok 2: Výroba elektród

Ohnite oba drôty o 90 ° v mieste, kde končí plastové puzdro. Narovnajte holý koniec drôtu. Zelený drôt bude použitý na výrobu anódy a oranžový drôt bude použitý na výrobu katódy. V priložených rukaviciach vložte holý koniec anódového (zeleného) drôtu na stranu tenkého plsteného kotúča. Snažte sa, aby drôt neopúšťal plsť. Tento krok zopakujte s katódovým (oranžovým) drôtom a hrubým plsteným kotúčom.

Krok 3: Zostavenie

Na dno nádoby dajte rovnomernú vrstvu bahna, hlbokú najmenej 1 cm. Umiestnite anódu (zelenú), ktorú ste skonštruovali v kroku 3, na vrch bahna, silným zatlačením nadol vytlačte vzduchové bubliny. Naplňte nádobu väčším bahnom, hlbokým najmenej 5 cm, pevne stlačte nadol a vytlačte vzduchové bubliny. Nechajte svoje bahno niekoľko minút odpočívať a vypustite prebytočnú tekutinu. Nakoniec jemne naneste katódu (oranžovú) na bahno. Nezakrývajte katódu bahnom.

Krok 4: Lidding (pre súpravy MudWatt dodávané s nádobami)

Ak bola vaša súprava dodaná s nádobou MudWatt:

Odstráňte rukavice a pripevnite hackerskú dosku k priehlbine na veku. Veďte drôty elektródy cez veko. Tvárou v tvár polkruhovému odsadeniu by katóda (oranžová) mala byť vľavo a anóda (zelená) vpravo. Teraz zatlačte veko na nádobu, aby zapadlo na miesto.

Krok 5: Zatvorenie obvodu

1. Ohnite a pripojte katódový vodič (oranžový) k „+“a anódový vodič (zelený) k „-“na hackerskej doske.

2. Pripojte dlhý koniec modrého (10μF) kondenzátora k kolíku 1 a jeho krátky koniec ku kolíku 2. Možno budete musieť ohnúť vodiče tak, aby tesne priliehali.

3. Pripojte dlhý koniec LED k pinu 5 a jeho krátky koniec k pinu 6.

To je všetko! LED dióda by mala začať blikať po niekoľkých dňoch, akonáhle si váš MudWatt vyvinul zdravú komunitu mikróbov!

Čo tieto komponenty robia?

Hackerská doska: Hackerská doska odoberá nízke napätie a nízky prúd prichádzajúci z MudWatt a prevádza sa na krátke impulzy vyššieho napätia a vyššieho prúdu.

Kondenzátor: Kondenzátor je malá súčasť na skladovanie energie. Je schopný akumulovať energiu, keď prichádza energia z MudWatt, a potom ju rýchlo vybiť, aby blikala LED dióda.

LED: dióda vyžarujúca svetlo (LED) sníma elektróny vybíjané kondenzátorom a prevádza energiu týchto elektrónov na svetelnú energiu.

Krok 6: Meranie mikróbov a výkonu

Stiahnite si aplikáciu MudWatt Explorer z App Store alebo Google Play. Budete ho používať na meranie, zaznamenávanie a analýzu vašich dát MudWatt v niekoľkých ďalších krokoch!

Krok 1: Pripravte sa, zamierte … Merajte!

Hneď ako začne blikať kontrolka MudWatt, otvorte aplikáciu MudWatt Explorer a v hlavnej ponuke vyberte možnosť Merať. Zarovnajte blinker s cieľom na obrazovke a aplikácia automaticky zmeria vašu silu a populáciu elektrických baktérií!

Krok 2: Zaznamenajte a analyzujte viacnásobné merania

Zaznamenajte niekoľko meraní pomocou tlačidla Zaznamenať na obrazovke Meranie a v sekcii aplikácie analyzovať, ako funguje váš MudWatt v priebehu času!

Krok 3: Objavte skrytý svet

Pomocou svojich nameraných hodnôt odomknite kapitoly zábavného a poučného komiksu po Shewy, elektrickom mikróbe. Objavte kúzlo mikróbov, keď Shewy skúma tento komplexný, bahnitý svet.

Krok 7: Záverečná poznámka a zdroje pre domácich majstrov

Ďakujem veľmi pekne všetkým, ktorí komentovali náš príspevok! Keď nás spoločnosť Instructables prvýkrát pozvala na uverejnenie príspevku o MudWatt, neboli sme si istí, či je to vhodné, pretože ide skutočne o produkt, a obávali sme sa, že náš Instructable nakoniec bude znieť ako infomercial. Ale rozhodli sme sa to urobiť, pretože MudWatt je koniec koncov navrhnutý tak, aby bol súpravou DIY MFC. Aj keď sme samozrejme nadšení z toho, keď si ľudia kupujú naše výrobky, tešíme sa aj z toho, keď inšpirujeme ľudí k vlastnej tvorbe a experimentovaniu. Mnoho ľudí požadovalo viac informácií o vytváraní vlastného MFC pomocou bežných súčiastok. Je to úplne možné a my sme k tomu poskytli zdroje nižšie. Zistili sme však, že výroba skutočného MFC s bežne dostupnými komponentmi je výrazne drahšia ako nákup našich komponentov. MudWatt v skutočnosti začínal s používaním bežných súčiastok, ale podarilo sa nám znížiť cenu tým, že sme objednávali materiály vo veľmi veľkom množstve a spracovávali sme ich sami.

V minulosti sme videli niekoľko príspevkov o DIY MFC, ale zistili sme, že tieto projekty zahŕňajú použitie kovových ôk, kovových kefiek, medeného drôtu a ďalších materiálov, ktoré korodujú v drsnom pôdnom prostredí. Použitie týchto korozívnych materiálov znamená, že namiesto MFC vyrábate koróznu batériu. Táto korózia sa často vyskytuje na križovatke medzi materiálom elektródy a drôtom. Toto spojenie je možné uzavrieť epoxidom, ale v praxi je to veľmi ťažké, obzvlášť ak používate elektródy s veľkým povrchom alebo porézne elektródy, ktoré budete potrebovať, ak chcete vyrábať nejaký významný výkon. Vtipné je, že táto korózia skutočne produkuje značnú silu, ktorú je možné veľmi ľahko zameniť za následok mikrobiálnej aktivity.

Na výrobu vlastného DIY MFC nájdete niekoľko miest, kde nájdete nekorozívne materiály:

Uhlíkové elektródy:

Titánový drôt:

Čip nabíjacieho čerpadla (na napájanie LED/elektroniky): S-882Z24-M5T1G

Odporúčame vám, aby ste MudWatt použili ako štartovací bod pre svoj vlastný výskum, a boli by sme nadšení, keby ste dokázali vytvoriť skutočný MFC pomocou bežných materiálov za nižšiu cenu. Príjemné experimentovanie!