تحسين كفاءة إنتاج الطاقة في خلايا الوقود الميكروبية باستخدام أكسيد الحديد المغلف بالبولي أنيلين الحيوي المعدل لقطب الجرافيت

خلايا الوقود الميكروبية (MFC) هي تكنولوجيا حديثة وصديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة لتحويل الطاقة تستخدم النفايات العضوية المتجددة كوقود، محولة الطاقة الكيميائية المختزنة إلى كهرباء حيوية قابلة للاستخدام بوجود محفز حيوي. على الرغم من التقدم في تكنولوجيا خلايا الوقود الميكروبية، لا تزال هناك العديد من التحديات في تحسين كفاءة إنتاج الطاقة، خصوصًا فيما يتعلق بمواد وأشكال الأقطاب الكهربائية. في هذه الدراسة، تم تغليف جزيئات أكسيد الحديد النانوية (Fe 3 O 4 NPs) منخفضة التكلفة بمصفوفة موصلة من البولي أنيلين (PANI) لتصنيع نانو مركبات ثنائية هجينة من Fe 3 O 4 /PANI كأقطاب معدلة لخلايا الوقود الميكروبية من خلال عملية البوليمرization في المكان. كشفت تقنيات التوصيف، بما في ذلك UV–Vis، وXRD، وSEM، وFT-IR، عن تخليق ناجح لمواد نانوية بطريق أخضر مع خصائص بصرية معدلة بعد تغليف المصفوفة، وتبلور عالٍ في مرحلة أكسيد الحديد، وشكل سطحي أكثر خشونة، وقمم Fe–O مميزة عند 594 سم⁻ 1. بالإضافة إلى ذلك، تم توضيح السلوك الكهربائي للمواد النانوية المحضرة بواسطة الفولتمترية الدورية (CV)، حيث أشارت قيم ΔEp المنخفضة (0.473 فولت) لـ Fe 3 O 4 /PANI NCs إلى وجود آليات نقل شحن عكسية على سطح القطب، مما يعكس معدلًا عالياً لنقل الإلكترونات. تم استخدام النانو مركب المُصنع لتعديل أقطاب الجرافيت الرصاصية لبناء أربع خلايا وقود ميكروبية ذات غرفة واحدة: أقطاب جرافيت رصاصية عادية، وأقطاب جرافيت رصاصية معدلة بـ Fe 3 O 4، وPANI، ونانو مركبات Fe 3 O 4 /PANI. كانت قيمة أقصى جهد دائمي مفتوح (OCV) هي 645 ± 24.50 مللي فولت، مع قدرة كهربائية عالية تبلغ 424.51 ± 6.86 مللي وات/م 2 وكثافة تيار تبلغ 2475.01 ± 1.23 مللي أمبير م −2 تم إنتاجها بواسطة قطب جرافيت رصاصي معدل بـ Fe 3 O 4 /PANI NCs، والتي تزيد بمقدار أكثر من ستة أضعاف الكفاءة من حيث كثافة الطاقة مقارنةً بقطب الجرافيت الرصاصي غير المعدل (PGE). تُظهر هذه النتائج أن النانو مركب المُصنع يلعب دورًا فعالًا وقيمًا في تعديل الأقطاب الكهربائية الكربونية التقليدية ضمن نظام تحويل طاقة خلايا الوقود الميكروبية.