Development of a novel metal electrode for enhanced power generation in microbial fuel cells

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K08175
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Environmental agriculture(including landscape science)
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: YAMASHITA TAKAHIRO 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 主任研究員 (60547719)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 微生物発電 / 金属系アノード / 生物膜 / Geobacter / モリブデン / タングステン

Outline of Final Research Achievements

In this study, to develop a new metal anode for more increased electricity generation, 14 different metals (Al, Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Ta, and W) and 31 of their oxidized forms were comprehensively tested. The untreated Mo and electrochemically oxidized Mo anodes showed the highest average of maximum power densities in the screening test, followed by flame-oxidized (FO)-W, FO-Fe, FO-Mo, and Sn-based anodes. The power output of FO-Fe was almost the same as that of FO-SS anode. A high maximum power density (1,296 mW/m2) was achieved using the untreated Mo anode in the microbial fuel cells (MFCs). The Mo anode continued to produce current without detectable corrosion until the end of operation (350 d). Geobacter was abundant in biofilm formed on the Mo anode, implying that the potential involvement of the bacteria in the Mo cycle on Earth.

Free Research Field

農学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで金属系アノードは細菌の付着性が悪くアノード素材として不適切であると考えられてきた。従って、金属系アノードを研究しているグループは世界中に殆ど存在しない。本研究は金属系アノードに着目して微生物燃料電池の出力向上を目指している点において、極めて独創的な研究である。本研究により、出力向上につながるアノード開発に成功すれば、そのインパクトは極めて大きい。
MFC の高出力化は、将来、有機性廃棄物から電気エネルギーを回収し、化石燃料への依存度の低減や地球温暖化抑制にも寄与できる。本研究は持続可能で環境にやさしい資源循環型社会の構築に貢献できる。