微生物燃料電池の性能向上に向けた重要原材料フリー電極の設計と最適化

微生物燃料電池（MFC）は、有機廃棄物をバイオ燃料として利用する持続可能なエネルギー回収システムです。プラチナ群金属のような重要原材料（CRM）を陰極側で使用することは、MFC技術の持続可能性を脅かし、コストを引き上げます。本研究では、MFCの性能向上のために効率的な電極設計を開発することで、CRMベースの陰極触媒はCRMフリー材料に置き換えるべきです。本研究では、MFCにおける酸素還元を強化するために鉄ベースの空気陰極を開発・最適化することを提案します。鉄フタロシアニンとカーボンブラックパールを制御された熱処理にかけることで、628 m2 g−1の高比表面積と中性pH付近でのO2還元の触媒活性を組み合わせたFeベースの電気触媒を得ることができました。これらの電気触媒は、カーボンクロスおよびカーボンペーパーに統合され、MFCの性能を最大化するために最適化されたガス拡散電極が得られました。カーボンペーパーを基盤にした陰極は、Feベースの電気触媒で修飾されることで、最大電力密度（PDmax = 1028 mWm−2）を達成し、カーボンクロスに基づく従来の電極設計（619 mWm−2）と比較して、最適化された陰極がMFCアプリケーションにおけるエネルギー回収の有望な電極であることを示しました。