Mikro Ölçekli, MEMS Tabanlı Mikrobik Yakıt Pili (µMYP) Geliştirilmesi

Date

2016-10-01

Author

Külah, Haluk
Özgür, Ebru
Zorlu, Özge
Erkal, Nilüfer Afşar
Şen Doğan, Begüm
Uçkan, Mila
Yaşar, Oğuz
Naghınejhad, Parisa
Yılmaz, Ahmet Erdal
Kangül, Mustafa

Metadata

Show full item record

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Item Usage Stats

165
views

0
downloads

Mikrobik yakıt pilleri (MYP) konvansiyonel yakıt pillerinde kullanılan metal katalizörlerin aksine mikroorganizmaların katalizör olarak kullanıldığı, kimyasal enerjiyi elektriksel enerjiye dönüştüren elektrokimyasal cihazlardır. Makro ölçekte organik atıkların arıtılması ve yenilenebilir elektrik enerjisi üretimi amacıyla kullanılan bu tip cihazların, mikro-litre ölçeklerinde, Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS) kullanılarak üretilebileceği ve bu cihazlardan mikro ölçeklerde güç sağlanabileceği görülmüştür. Mikro ölçekli mikrobiyal yakıt pillerinin (µMYP) biyomedikal uygulamalar için geliştirilen BiyoMEMS cihazlarına enerji sağlayabileceği, örneğin vücut içi ilaç salınım sistemlerine entegre edilebileceği veya kendi başına bir biyoalgılayıcı olarak kullanılabileceği öngörülmektedir. µMYP’lerin temel avantajı boyutların olabildiğince küçülmesinden doğmaktadır. Mikro ölçekte elektrot yüzey alanının hacme oranı maksimize edildiğinden kütle transfer direnci minimuma iner. MEMS teknolojisi kullanılarak µL hacminde MYP’ler üretilebilir. Literatürde çeşitli µMYP çalışmaları farklı mikroorganizmalar kullanılarak gösterilmiş, µW düzeylerinde güç elde edilebilmiştir. Bu çalışmalarda karşılaşılan temel sorun iç direncin yüksek olmasına dayalı verim düşüklüğüdür. Ayrıca, O2 geçirgenliği yüksek olan PDMS malzemesi kullanıldığından, verim makro ölçekli çalışmalara kıyasla düşük kalmıştır. Bu çalışmanın amacı mikro ölçekli bir µMYP prototipi geliştirmektir. Öncelikle farklı µMYP dizaynları oluşturularak elektrot yüzey alanı, hacim ve elektrotlar arası uzaklık gibi değişkenlerin verim üzerine etkilerinin araştırılması ve optimum çalışma koşullarına sahip, mikro ölçekli cihazlara entegre edilebilecek bir mikrobik yakıt pilinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Önerilen proje aşağıda belirtilen özgün değerlere sahiptir: • Silisyum kullanımı sayesinde oksijen geçirgenliği probleminin çözüldüğü yeni bir µMYP geliştirilmiştir. Bu sayede geliştirilen yapı çip-üstü-laboratuvar sistemleri ile entegrasyona ve seri üretime daha uygun haldedir. • Özgün yüzey aktivasyonu metotları sayesinde elektron iletimi ve başlangıç süresi açısından daha yüksek performansa sahip µMYP’ler geliştirilmiştir. Oluşturulan prototipler seçilen egzoelektrojenik bakteri (Shewanella oneidensis) ile test edilmiş ve performansı etkileyen parametreleri belirlenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda 169 µW/cm3 güç, 2117 µA/cm3 akım yoğunluğu seviyesinin üzerinde bir kapasiteye sahip, start-up süresi %86 düşürülmüş, (7 günden 1 güne) tamamen MEMS tabanlı bir µMYP geliştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar yurt içi ve yurt dışı konferanslarda paylaşılmıştır.

Subject Keywords

µ-Mikrobik Yakıt Pili, Shewanella oneidensis, BioMEMS, MEMS

URI

https://hdl.handle.net/11511/95854

Collections

Department of Electrical and Electronics Engineering, Project and Design

Suggestions

OpenMETU
Core

First and second law analyses of a biomass fulled solid oxide fuel ceel-micro turbine hybrid system Arabacı, Selin; Yüncü, Hafit; Department of Mechanical Engineering (2008) Fuel cells are direct energy conversion devices to generate electricity. They have the lowest emission level of all forms of electricity generation. Fuel cells require no combustion of the fuel. The thermal energy gained from fuel cells may be utilized in micro turbines (gas turbines). In this work, first and second law analyses are performed on a hybrid system consisting of a solid oxide fuel cell (SOFC) combined with a micro turbine to be able to find an optimum point of pressure and corresponding mass ra...
Combinatorial development of LSC-113/LSC-214 cathode materials for intermediate temperature solid oxide fuel cells Sarı, Doğancan; Öztürk, Tayfur; Kalay, Yunus Eren; Department of Metallurgical and Materials Engineering (2017) Solid oxide fuel cells are environmentally friendly, efficient and fuel versatile energy conversion devices which suffer from high operating temperatures. For lowering the operating temperatures of solid oxide fuel cells (SOFC), LSC-113/LSC-214 composite cathodes have recently attracted much attention due to their enhanced kinetics. However, the full potential of this novel system is still unknown. In this study, a combinatorial approach was used to develop cathode materials which would reduce operating tem...
PEM fuel cell degradation: numerical investigation and effects on the performance of solar-hydrogen based renewable energy systems Özden, Ender; Tarı, İlker; Department of Mechanical Engineering (2015) A hybrid (Solar-Hydrogen) renewable energy system consisting of Photovoltaic (PV) panels, Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cells, PEM based electrolyzers and hydrogen storage has been investigated for a stand-alone application. A complete model of the hybrid renewable energy system has been developed using TRNSYS against a reference system, which was established for the emergency room of Keçiören Research and Training Hospital in Ankara. The main goal of the study is to verify that the system meets the e...
Thermal management of solid oxide fuel cells by flow arrangement Şen, Fırat; Tarı, İlker; Department of Mechanical Engineering (2012) Solid oxide fuel cell (SOFC) is a device that converts the chemical energy of the fuel into the electricity by the chemical reactions at high temperatures (600-1000oC). Heat is also produced besides the electricity as a result of the electrochemical reactions. Heat produced in the electrochemical reactions causes the thermal stresses, which is one of the most important problems of the SOFC systems. Another important problem of SOFCs is the low fuel utilization ratio. In this study, the effect of the flow ar...
Investigation of temperature profile in high temperature PEM fuel cell Çağlayan, Dilara Gülçin; Eroğlu, İnci; Devrim, Yılser; Department of Chemical Engineering (2016) High temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFC) are promising alternative energy sources for the future. As an advantageous tool in the design of a system, modeling requires less time compared to the experiments as well as its low cost. This study includes both isothermal and non-isothermal three-dimensional mathematical models for a HT-PEMFC having an active area of 25 cm2. Governing equations are solved by using Comsol Multiphysics 5.0 “Batteries & Fuel Cells” module, which is a commer...

Citation Formats

H. Külah et al., “Mikro Ölçekli, MEMS Tabanlı Mikrobik Yakıt Pili (µMYP) Geliştirilmesi,” 2016. Accessed: 00, 2022. [Online]. Available: https://hdl.handle.net/11511/95854.