Geri Dön

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

Mikro ölçekli güç üretimi için MEMS tabanlı mikrolitre hacimli mikrobiyal yakıt pili

  1. Tez No: 649823
  2. Yazar: BEGÜM ŞEN DOĞAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HALUK KÜLAH, DOÇ. DR. EBRU ÖZGÜR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyoteknoloji, Kimya Mühendisliği, Biotechnology, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 169

Özet

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.

Özet (Çeviri)

Fuel cells can be a part of the solution to energy problem in the world. They can supply power in both macro and micro scales. Especially, MEMS based microscale microbial fuel cells (μMFC) may hold the answer to manufacture easy, cheap, fast, and mobile power sources and sensors. μMFCs are electrochemical devices converting chemical energy into electrical energy utilizing microorganisms as biocatalyst, instead of precious metal catalysts used in conventional fuel cells. They can be integrated to power, for example, lab-on-a-chip systems, or they can be used as stand-alone biosensors for sensing applications. This study focused on the development of a compact microbial fuel cell with microliter volume fabricated using silicon MEMS technology. The aim was to have high power density and low start-up time to be integrated as a power source for small devices. Several µMFC systems were operated under different conditions throughout the study. Effects of external load, anolyte type, operating conditions, and chemical modification of gold anode surfaces were compared in terms of start-up time and power densities using Shewanella oneidensis MR-1. Performances were evaluated using polarization curves, Electrochemical Impedance Spectroscopy, and Scanning Electron Microcopy. The results showed that µMFCs modified with cysteamine self-assembled monolayers resulted in more than a 50% reduction in start-up times due to better bacterial attachment on the anode surface. The volumetric power density (330 µW/cm3) was found to be similar in cysteamine-modified and bare gold µMFCs and was comparable to results reported in similar studies in the literature.

Benzer Tezler

  1. Evolutionary engineering of polyphenol resistance in lactic acid bacteria

    Laktik asit bakterilerinin polifenol direncinin evrimsel mühendislik ile geliştirilmesi

    TARIK ÖZTÜRK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR

  2. Mems based resonant mass sensors with feedthrough current elimination for in-liquid cell detection applications

    Sıvı ortamda hücre tespiti uygulamaları için kaçak akımı eleyen mems tabanlı resonant kütle sensörleri

    MUSTAFA KANGÜL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK KÜLAH

  3. An integrated electromagnetic micro-turbo-generator supported on encapsulated microball bearings

    Enkapsüle mikrobilya rulmanlar ile desteklenmiş entegre elektromanyetik mikro-turbo-jeneratör

    MUSTAFA İLKER BEYAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of Maryland College Park

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. REZA GHODSSİ

  4. A mixed finite element formulation for static and eigenvalue analysis for functionally graded microbeams resting on two parameter elastic foundation

    İki parametreli elastik zemine oturan fonksiyonel derecelendirilmiş bir mikro kirişte statik ve özdeğer analizi için karişik sonlu elemanlar formulasyonu

    AYKUT LEVENT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÇAĞRI MOLLAMAHMUTOĞLU

  5. Melanom tespiti için mems tabanlı biyosensör tasarımı ve analizi

    Mems-based biosensor design and analysis for melanom detection

    PELİN AKÇALI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Biyoteknolojiİstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVİL ÖZER