“活”的电池

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  近年来,人们耳熟能详的一个词就是“能源枯竭”,人们对新能源的关注和届求已经表现出前所未有的热情。我们一直在寻求新能源,但别忘了,有一种我们最为熟悉的能源——电池,因为其便携、廉价等优势依然吸引着众多人的目光。
  如果你的概念还仅仅停留在电池是手电筒里圆柱形的干电池,那就真是大大落伍了。从最早我们熟知的铅酸电池,到后来的镍镉电池、镍氢电池,再到现在手机里普遍使用的锂电池,再到研发与实用并重的太阳能电尥、燃料电地结合人们的需要,各类电池在发展中形成并体现着各自的特色,最大程度地展现了方便、实用等优点。
  如今,一杯可乐就能发电,这可不是天方夜谭。甚至,我们的身体、各种生物细胞都可以发电。这就是“传悦”中的生物电尥——科学家从生命体获得灵感,制备了“活”的生物电池。
  在2009年第5届国际氢能与燃料电池博览会上,索尼公司展示了相当前沿的糖生物电池。在现场演示中,只需注入很容易得到的可乐就可以让糖生物电尥发电。这种电池利用酶分解葡萄糖,提取电子和氢离子进行发电。早在2007年,索尼公司曾经发布了一款用葡萄糖作能量来源的生物电池,以酶为催化剂,从碳水化合物(如葡萄糖)中产生电力,而在2009年的新款中,单位体积功率密度从50mW/40ct,提升为70mW/28ec。以前四节电她才能驱动的Walkman扬声器,现在只需三节即可。
  可乐发电,听起来如此神奇!那更加神奇的生物电她究竟是什么呢?所谓生物电她,是指将生物质能直接转化为电能的装置。而生物质能是绿色植物和光合细菌通过光合作用转化而来的,绝大部分来自于太阳能。生物质能能够直接转化为电能归根结底就是由于电子得失,生物体内存在大量与能量代谢关系密切的氧化还原反应,这些氧化还原反应互相影响、依存,生物能量代谢的同时电子有得有失,电流就是一连串稳定的电子流。
  生物电池按反应场所的不同分为单步反应型、多步反应型和细胞型等,主要差别是发生氧化还原反应的场所不同,比如单步反应型是在生物体内,多步反应型是在生物体外。另外,生物电尥还可以按生物催化剂的来源不同分为微生物电尥和酶电池。像前面提到的可乐发电,就是一种典型的酶电尥。这一生物电她的阳极由嗜糖酶和介质组成,阴极由释氧酶和介质组成。阳极的酶通过氧化反应分解糖得到电子和氢离子,氢离子通过隔离膜流到阴极,氢离子和电子与空气中的氧结合,生成水。通过这一电化学反应过程,电子经过外围电路,就产生了电。该系统使用了有效的固化酶和相关介质,实现了高水平的能量输出。作为反应的底物(底物是指参与反应的物质,就像化学反应中的反应物),糖具有再生性,在地球上的许多地区都能生产,非常环保(产物是水,没有污染)。而且酶可以再生,降低了价格。这一切都突显了糖类生物电她作为将来的一种环保发电设备所具有的潜力。
  生物电池绝不仅仅是纸上谈兵的理论设想,据报道,日本已有公司推出一种可以利用水、可乐、啤酒甚至尿液来发电的液体电池。还有一款诺基亚概念手机,利用碳水化合物发电,为手机生物电池的工作提供能源支持,这不仅可减少电子垃圾的产生,还能延长手机的使用时间。使用这款手机,只要到街边购买一听可乐就不怕手机没电关机了。2010年1月19日,玩具制造商登美公司员工在日本东京展示了新开发的使用生物电尥的玩具车,既响应了低碳、环保的号召,又受,消费者的欢迎。
  相比于传统的化学电尥,生物电池在操作上和功能上的优势是显而易见的。首先就是环保,不污染环境,又减少电子垃圾的产生。其次是高效,作为一种能源,高效非常重要,生物电池将底物直接转化为电能,保证了具有较高的能量转化效率。而且在常温常压甚至低局的环境条件下都能够有效工作,电尥维护成本低,安全性高。再次,生物电池的使用寿命长,约为一般锂电池的3~4倍。最后,生物电池具有生物相容性,利用人体内的葡萄糖和氧为原料的生物燃料电尥可以直接植入人体。日本东北大学研究小组开发出一种利用血液中的糖分发电的生物电池,这样的生物电池可直接利用人体内的葡萄糖为原料,为植入糖尿病患者体内的测定血糖值的装置、心脏起搏器等体内装置提供能量。尤其在缺乏电力基础设施的地区,生物电池具有广泛的应用潜力。
  随着不可再生能源的越发枯竭,油价的不断飙升,污染的日益严重,生物电池以其良好的性能向我们展示了一个美好的发展前景。索尼公司看准了生物电池的光明前景,已经率先挑战,准备在续航能力等方面再加大投入研发。虽然,由于技术条件的制约,目前生物燃料电池的研究、利用还处于不成熟阶段,存在着电尥的输出功率小、使用寿命短、使用范围非常狭窄等不足,但我们可以看到。一场电子设备的革命正悄悄来临。或许将来的某一天,我们手中的可乐也可以帮助自己的汽车在马路上行驶。
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