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酶生物燃料電池

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年03月02日  

生物燃料電池(BFC)是以有機物為燃料,直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池。


它的研究始于上世紀50年代,最初人們希望利用人的體液或代謝物實現電能轉換,應用于人體內微型電源或在航天飛行中處理宇航員的生活垃圾等。生物燃料電池最早出現在1964年,為植入體內的心臟起博器提供電源,但由于電池產生電量小而沒有實現市場化。1980年代,研究人員試圖用生物燃料電池從天然作物的廢棄物中產生電能,出現了采用固定酶電極和電子介體的生物燃料電池。


近年來,固定化酶電極技術取得很大進展,如分子自組裝方法、溶膠-凝膠法以及氧化還原聚合物(redoxpolymer)的設計與合成等先后應用于生物燃料電池研究中,得到無膜生物燃料電池。這不僅在電池的輸出功率、微生物或酶活性的保持等方面有了較大提高,同時體積更加微型化,使生物燃料電池的研究進入新一輪活躍期。生物燃料電池能量轉化效率高、生物相容性好、原料來源廣泛、可以用多種天然有機物作為燃料,是一種真正意義上的綠色電池。


它在醫療、航天、環境治理等領域均有重要的使用價值,如糖尿病、帕金森氏病的檢測、輔助治療以及生活垃圾、農作物廢物、工業廢液的處理等。同時生物原料貯量巨大、無污染、可再生,因此生物燃料電池產生的電能也是一個潛力極大的能量來源。它可以直接將動物和植物體內貯存的化學能轉化為能夠利用的電能。近年來隨著對可再生能源和人體醫療技術發展的要求,生物燃料電池逐漸引起更廣泛的關注。


生物燃料電池可以分為直接使用酶的酶燃料電池和間接利用生物體內酶的微生物燃料電池。雖然生物燃料電池具有酶燃料電池所不具備的優點,如長期工作穩定性好以及對燃料的催化效率較高等,并且由于在傳質過程受到生物膜的阻礙導致電能轉換效率較低。雖然酶燃料電池中酶在生物體外催化活性保持比較困難,電池穩定性差,但由于酶催化劑濃度較高并且沒有傳質壁壘,因此有可能產生更高的電流或輸出功率,在室溫和中性溶液中工作,滿足一些微型電子設備或生物傳感器等對電能的需求。

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