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微生物电池与燃料电池 什么是微生物燃料电池?

时间:2021-08-03 19:39:09 阅读:75996

微生物电池与燃料电池 什么是微生物燃料电池?

什么是微生物燃料电池?

微生物燃料电池的概念已经提出将近三十年了。当时一个英国研究人员在碳水化合物中培养细菌的过程中,连接两个电极时,观测到了微弱的电流。尽管它还只处于实验室研究阶段。但其研究已经逐渐成形,有望成为一种替代能源。事实上,光合作用细菌可以有效地从它们的食物中分离出能量。微生物可以从有机废物中剥离电子,然后形成电流。利用先进的电子提取技术,可以使这个转化过程更有效地进行。目前,研究人员们把微生物封装在密闭的无氧测试管中,测试管的形状被做成类似电路的回路。当处理废物时,先把有机废水通入管中,作为副产品电子向阳极移动,然后通过回路流到阴极。另外一种副产品质子通过一块离子交换膜流到阴极。在阴极中,电子和质子与氧气发生反应形成水。一块微生物燃料电池,理论上最大可以产生1.2伏特电压。但是可以像电池一样把足够多的燃料电池并联和串联起来,产生足够高的电压来作为一种有实际应用的电源。光合作用细菌

生物燃料电池是什么?

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生物燃料电池是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池。由于全球化石能源短缺及化石能源在开采使用过程中会对环境造成一定危害,寻求新型可再生能源已引起全世界的广泛关注。

一、生物燃料电池分类

1、微生物燃料电池(MicrobialFuelCells):指利用整个微生物细胞作催化剂,依靠合适的电子传递媒介体在生物组分和电极之间进行有效的电子传递。

2、酶型生物燃料电池(EnzymaticBiofuleCells)是用酶作为生物催化剂,通过生物电化学途径,把燃料中的化学能转化为电能的装置。生物燃料电池按电子传递方式可以分为直接生物燃料电池和间接生物燃料电池。

3、直接生物燃料电池(DirectBiofuelCells):燃料在电极上反应,电子从燃料分子直接转移到电极上,生物催化剂的作用是催化燃料在电极表面上的反应。

4、间接生物燃料电池(IndirectBiofuelCells):燃料不在电极上反应,而在电解液中或其他地方反应,电子则由具有氧化还原活性的媒介体运载到电极上去。

二、生物燃料电池特点

①燃料来源广泛:乙醇、葡萄糖是典型的生物燃料电池燃料,生物燃料电池还可以利用一般燃料电池不能利用的各种有机物、无机物及微生物呼吸的代谢的产物、发酵的产物、光合作用甚至污水等作为燃料;

②反应条件温和:由于使用酶或微生物作为催化剂,一般只要求在近中性的常温、常压条件下反应,易于操作,控制和维护;

③生物相容性好:由于可以利用人体血液中的葡萄糖和氧气作燃料,一旦开发成功,便能方便的为植入人体的一些人造器官提供电能;

④催化剂类型多种多样:生物燃料电池中采取的催化剂主要有三类:微生物、细胞器和酶。另外一些非酶的蛋白质也可以用作催化剂。

三、生物燃料电池应用

第一个方面,生物燃料电池在生物学和临床医学等方面的研究具有非常重要的意义。生物燃料电池可以作为植入式体内电源,生物燃料电池可以利用内源性物质如乳酸、维生素C、葡萄糖等作为燃料,这些物质大量存在于人体或动物体内。生物燃料电池作为植入式体内电源把这些物质转化为电能,作为人或动物内植电源,如为血管纳米机器人、心脏起搏器、人造心脏等提供电能。

第二个方面,生物燃料电池在生物质能的利用方面也具有很重要的意义,作为便携式充电电源,生物燃料电池可以广泛应用于生物芯片,笔记本电脑,手机,数码产品等。随着大屏幕手机及各种电子产品的盛行,人们对便携式充电电源的需求将会越来越大,生物燃料电池具有燃料来源广泛,易于储存,方便更换,清洁无污染等优点决定它在这个领域的应用有着潜在的优势和巨大的市场。

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