Как сделать микробный топливный элемент (MFC) из грязи: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Микробный топливный элемент MudWatt (ласково прозванный «грязевой батареей») - это устройство, которое использует бактерии для преобразования органических веществ, содержащихся в грязи, в электричество. Это руководство поможет вам создать собственный микробный топливный элемент с использованием любого научного набора MudWatt

Чтобы сделать MudWatt, вам понадобятся:

• MudWatt Classic, MudWatt Science Fair Pack или MudWatt Classroom Pack
• Грязь
• Любой контейнер (если вы используете другое судно)

Как работает MudWatt: MudWatt - это забавный и образовательный научный набор, который использует микроорганизмы, естественным образом встречающиеся в почве, для выработки электроэнергии. Хотя эти микробы невидимы невооруженным глазом, их тело составляет одну десятую толщины человеческого волоса, но они обитают практически во всех почвах и отложениях на планете. Среди этих разнообразных сообществ микробов есть особые виды, которые обладают уникальной способностью выпускать электроны за пределы своего тела в процессе своего дыхания.

MudWatt использует эту замечательную способность, снабжая этих микробов на основе грязи двумя проводящими графитовыми дисками, называемыми анодом и катодом. Анод помещается в грязь, где могут расти электрогенные микробы, а катод помещается сверху, подвергая его воздействию кислорода воздуха (см. Диаграмму Мадватта ниже).

Шаг 1: приготовление грязи

Наденьте перчатки и найдите 3-4 горсти земли или болотной слизи - чем пахнет, тем лучше! Убедитесь, что ваша почва насыщенная, но не жидкая, добавив или сливая воду. Необязательно: добавьте в почву дополнительные питательные вещества, например упаковку MudWatt, измельченные бумажные продукты или продукты из холодильника.

Основные примечания: Избегайте использования почвы с маленькими белыми шариками (перлит), которые аэрируют почву. Бактерии, питающие MudWatt, являются анаэробами, которым необходима среда без кислорода для создания здоровых сообществ.

Шаг 2: Изготовление электродов

Согните оба провода на 90 ° в том месте, где заканчивается пластиковая оболочка. Выпрямите оголенный конец провода. Зеленый провод будет использоваться для изготовления анода, а оранжевый провод будет использоваться для изготовления катода. Вставьте оголенный конец анодного (зеленого) провода в сторону тонкого войлочного диска, надев перчатки. Постарайтесь, чтобы проволока не выходила из войлока. Повторите этот шаг с катодной (оранжевой) проволокой и толстым войлочным диском.

Шаг 3: Сборка

Положите на дно емкости ровный слой грязи глубиной не менее 1 см. Поместите анод (зеленый), который вы построили на шаге 3, поверх грязи, сильно надавив на него, чтобы выдавить пузырьки воздуха. Наполните контейнер большим количеством грязи на глубину не менее 5 см, сильно надавливая на нее, чтобы выдавить пузырьки воздуха. Дайте грязи постоять несколько минут и слейте лишнюю жидкость. Наконец, аккуратно поместите катод (оранжевый) поверх грязи. Не покрывайте катод грязью.

Шаг 4: крышка (для комплектов MudWatt, поставляемых с емкостями)

Если в вашем комплекте есть сосуд MudWatt:

Снимите перчатки и вставьте Hacker Board в углубление на крышке. Пропустите электродные провода через крышку. Если смотреть на полукруглое углубление, катод (оранжевый) должен быть слева, а анод (зеленый) - справа. Теперь прижмите крышку к банке, чтобы она встала на место.

Шаг 5: Замыкание цепи

1. Согните и подключите катодный провод (оранжевый) к «+», а анодный провод (зеленый) к «-» на плате Hacker Board.

2. Подключите длинный конец синего (10 мкФ) конденсатора к контакту 1, а его короткий конец - к контакту 2. Возможно, вам придется согнуть провода, чтобы они плотно прилегали.

3. Подключите длинный конец светодиода к контакту 5, а его короткий конец - к контакту 6.

Вот и все! Вы должны начать видеть мигание светодиода через несколько дней, как только ваш MudWatt разовьет здоровое сообщество микробов!

Что делают эти компоненты?

Hacker Board: Hacker Board принимает низкое напряжение и слабый ток, исходящие от MudWatt, и преобразует его в короткие всплески более высокого напряжения и более высокого тока.

Конденсатор: Конденсатор - это небольшой компонент для хранения энергии. Он может накапливать энергию по мере поступления энергии от грязеватта, а затем быстро разряжать эту энергию, чтобы светодиод мигал.

Светодиод: светоизлучающий диод (светодиод) принимает электроны, разряжаемые конденсатором, и преобразует энергию этих электронов в световую энергию.

Шаг 6: Измерение микробов и выходной мощности

Загрузите приложение MudWatt Explorer из App Store или Google Play. Вы будете использовать его для измерения, записи и анализа данных MudWatt, выполнив несколько следующих шагов!

Шаг 1: Готовьтесь, цельтесь… измеряйте!

Когда мигалка вашего MudWatt начнет мигать, откройте приложение MudWatt Explorer и выберите «Измерение» в главном меню. Наведите указатель на цель на экране, и приложение автоматически измерит вашу мощность и популяцию электрических бактерий!

Шаг 2: запись и анализ нескольких измерений

Запишите несколько измерений, используя кнопку «Запись» на экране «Измерения», и перейдите в раздел «Анализ» приложения, чтобы увидеть, как ваш MudWatt работает с течением времени!

Шаг 3: Откройте для себя скрытый мир

Используйте свои показания мощности, чтобы открывать главы веселого и познавательного комикса о Шоуи, электрическом микробе. Откройте для себя магию микробов, исследуя этот сложный и мутный мир.

Шаг 7. Заключительная записка и ресурсы для самостоятельной сборки

Большое спасибо всем, кто прокомментировал наш пост! Когда Instructables впервые пригласили нас опубликовать информацию о MudWatt, мы не были уверены, подходит ли он, поскольку это действительно продукт, и мы волновались, что наш Instructable в конечном итоге будет звучать как рекламный ролик. Но мы решили это сделать, потому что MudWatt в конце концов спроектирован как комплект DIY MFC. Хотя мы, конечно, рады, когда люди покупают наши продукты, мы также очень рады, когда вдохновляем людей на собственные творческие способности и эксперименты. Многие люди запрашивали дополнительную информацию для создания собственного MFC с использованием готовых компонентов. Это вполне возможно, и мы предоставили для этого ресурсы ниже. Однако мы обнаружили, что изготовление настоящего MFC из готовых компонентов значительно дороже, чем покупка наших компонентов. На самом деле MudWatt начинался с использования готовых компонентов, но нам удалось снизить цену, заказав материалы в очень больших количествах и обработав их самостоятельно.

В прошлом мы видели несколько сообщений о самодельных МФЦ, но мы обнаружили, что эти проекты включают использование металлических сеток, металлических щеток, медной проволоки и других материалов, которые корродируют в суровых почвенных средах. Использование этих агрессивных материалов означает, что вы делаете коррозионную батарею вместо MFC. Эта коррозия часто возникает на стыке материала электрода и проволоки. Этот переход можно заделать эпоксидной смолой, но на практике это очень сложно сделать, особенно если вы используете пористые электроды с большой площадью поверхности или пористые электроды, которые вам понадобятся, если вы хотите производить значительную мощность. Забавно то, что эта коррозия на самом деле производит значительную энергию, которую очень легко принять за микробную активность.

Вот несколько мест, где можно найти некоррозийные материалы для самостоятельного изготовления МФЦ своими руками:

Угольные электроды:

Титановая проволока:

Микросхема накачки заряда (для питания светодиода / электроники): S-882Z24-M5T1G

Мы рекомендуем вам использовать MudWatt в качестве отправной точки для ваших собственных исследований, и мы будем очень рады, если вы сможете создать настоящий MFC, используя готовые материалы по более низкой цене. Удачных экспериментов!