High-performance anode electrocatalyst of MnCo2S4–Co4S3/bamboo charcoal for stimulating power generation in microbial fuel cell

阳极 微生物燃料电池 功率密度 化学 材料科学 化学工程 电化学 电催化剂 核化学 电极 物理 量子力学 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Kuk Chol Kim,Xianfu Lin,Xiaolu Liu,Congju Li
出处
期刊:Environmental Technology [Taylor & Francis]
卷期号:: 1-11 被引量:1
标识
DOI:10.1080/09593330.2023.2215453
摘要

Microbial fuel cell (MFC) is a promising technology for recovering energy in wastewater through bacterial metabolism. However, it always suffers from low power density and electron transfer efficiency, restricting the application. This study fabricated the MnCo2S4-Co4S3/bamboo charcoal (MCS-CS/BC) through an easy one-step hydrothermal method, and the material was applied to carbon felt (CF) to form high-performance MFC anode. MCS-CS/BC-CF anode exhibited lower Rct (10.1 Ω) than BC-CF (17.24 Ω) and CF anode (116.1 Ω), exhibiting higher electrochemical activity. MCS-CS/BC-CF anode promoted the electron transfer rate and resulted in enhanced power density, which was 9.27 times higher (980 mW m-2) than the bare CF (105.7 mW m-2). MCS-CS/BC-CF anode showed the best biocompatibility which attracted distinctly larger biomass (146.27 mg/μL) than CF (20 mg/μL) and BC-CF anode (20.1 mg/μL). The typical exoelectrogens (Geobacter and etc.) took dramatically higher proportion on MCS-CS/BC-CF anode (59.78%) than CF (2.99%) and BC-CF anode (26.67%). In addition, MCS-CS/BC stimulated the synergistic effect between exoelectrogens and fermentative bacteria, greatly favouring the extracellular electron transfer rate between bacteria and the anode and the power output. This study presented an efficient way of high-performance anode electrocatalyst fabrication for stimulating MFC power generation, giving suggestions for high-efficient energy recovery from wastewater.

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