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Development of low-cost, high-performance air cathodes that enable power-generating wastewater treatment

Research Project

Project/Area Number 20H04369
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
Research InstitutionGifu University

Principal Investigator

HIROOKA KAYAKO  岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 准教授 (10555098)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Keywords微生物燃料電池 / エアカソード
Outline of Research at the Start

微生物燃料電池は、脱炭素社会を担う発電型廃水処理技術として早期の実用化が期待されている。しかし、そのためには発電量を増やす必要があり、エアカソード(空気極)の能力を高めなければならない。
そこで本研究では、安価な非白金触媒を用いて高い酸素還元能力を有するエアカソードを創出することを目標とする。そのために、エアカソード作成の手順、および触媒に添加する各種助剤の種類や添加量に関する検討を行い、触媒の性能を高めるための作成条件を見出す。

Outline of Final Research Achievements

The procedure and contents of catalytic electrode fabrication and the type and amount of various additives added to the catalyst were investigated as conditions to improve the air cathode performance of microbial fuel cells. After examining the optimum values for the amount of conductive carbon black as a conductive aid and the amount of PTFE as a binding agent, using an activated carbon catalyst, the cathode dispersed using an ultrasonic homogenizer showed approximately 70% improvement in oxygen reduction performance compared to the cathode prepared by a general method using a platinum catalyst.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

微生物燃料電池は、脱炭素社会を担う廃水処理技術として早期の実用化が期待されている。しかし近年は、栄養塩の除去・回収や、微生物燃料電池の技術を応用して、微生物に二酸化炭素から有機物を合成させる技術等に関する研究が盛んになっており、微生物燃料電池の発電能力を向上させる研究は停滞気味となっている。本研究は、発電能力に直接影響を与えるカソード性能に関する研究であり、これまで多く行われてきた白金代替触媒の探索などとは異なり、電極化する際の条件を変化させて触媒の性能を最大限に引き出し、エアカソードの性能を高めるという新しい視点の研究である。

Report

(4 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023 2021 2020

All Presentation (8 results)

  • [Presentation] 微生物燃料電池の空気正極の酸素還元活性に触媒・結着剤粒子の分散状態が与える影響2024

    • Author(s)
      城田隼杜、廣岡佳弥子
    • Organizer
      第58回水環境学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 活性炭触媒表面への含窒素官能基の導入が微生物燃料電池のカソード性能に及ぼす影響2024

    • Author(s)
      毛利築、廣岡佳弥子
    • Organizer
      第58回水環境学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 微生物燃料電池のカソードの酸素還元能力を向上させる活性炭触媒の探索2023

    • Author(s)
      毛利築、廣岡佳弥子
    • Organizer
      令和4年度土木学会中部支部研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 微生物燃料電池の正極の細孔酸素還元活性に及ぼす活性炭の細孔構造と表面官能基の効果2023

    • Author(s)
      毛利築、廣岡佳弥子
    • Organizer
      令和5年度日本水環境学会中部支部研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 活性炭の細孔構造と表面官能基が微生物燃料電池のカソードの酸素還元活性に及ぼす影響2023

    • Author(s)
      毛利築、廣岡佳弥子
    • Organizer
      第50回炭素材料学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of Activated Carbon as a Catalyst to Improve Cathode Performance of Microbial Fuel Cells2023

    • Author(s)
      Mori Kizuku and Hirooka Kayako
    • Organizer
      The Water and Environment Technology Conference Online 2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 微生物燃料電池のカソードの作成条件が性能に与える影響2021

    • Author(s)
      山田佳奈、廣岡佳弥子、市橋修
    • Organizer
      第55回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 微生物燃料電池のカソード作成条件の検討による性能向上の試み2020

    • Author(s)
      山田佳奈、廣岡佳弥子、市橋修
    • Organizer
      第23回日本水環境学会シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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