什么是生物燃料电池？(a biofuel cell?)
生物燃料电池是一种利用生物材料通过氧化还原反应直接发电的装置。这与传统上使用生物燃料从材料燃烧提供的热量中发电形成对比。生物燃料电池技术背后的原理是模拟各种自然过程，这些过程用于在生物体内产生能量。在某些情况下，细菌可能在这些燃料电池中发挥作用。截至2011年，生物燃料电池显示出作为替代能源以及在各种医疗和生物工程应用中的潜力。。
生物体从碳水化合物的氧化中获取能量，碳水化合物是植物光合作用产生的，被动物作为食物摄入。酶促进反应，在反应中，碳水化合物通过去除电子转化为二氧化碳和水，然后储存在三磷酸腺苷（ATP）分子中。在生物燃料电池中，有机分子（通常是碳水化合物，如活生物体）氧化产生的电子被用来产生电流。利用这些生物过程发电的想法自20世纪60年代就已存在，但早期建造实用、可工作的生物燃料电池的尝试遇到了困难。。
生物燃料电池通常由一个容器组成，容器被一个可渗透的屏障分成两部分。在一个部分中，碳水化合物的氧化——例如葡萄糖——提供电子。在另一部分，发生了还原反应，利用这些电子。通过连接两个电极，可以从氧化部分的电极（阳极）到还原部分的电极（阴极）产生电流。
阻碍生物燃料电池发展的最大实际问题之一是找到一种将碳水化合物释放的电子转移到阳极的有效方法。电子最初储存在氧化酶中，在自然过程中，会被化学转移到ATP分子中。有两种可能的方法将电子从酶中提取到生物燃料电池的阳极中。
在直接电子转移（DET）方法中，酶需要结合到阳极上。这可以通过化学方法或其他方法来实现，比如用碳纳米管网来构建阳极，酶吸附在碳纳米管网上。这些方法会导致酶的活性降低，从而导致效率降低，但在撰写本文时，这是一个正在进行的研究领域，可能会开发出改进的技术。
另一种电子转移方法称为介导电子转移（MET）。这不需要酶与阳极接触；相反，电子被传递到另一个具有较低氧化还原电位的分子，然后将电子传递到阳极。这种化合物被称为介体，也必须比阳极具有更高的氧化还原电位。这一额外步骤会导致能量损失，因此燃料电池实际上的效率低于理论上的效率。
生物燃料电池是一个活跃的研究领域，目前正在研究各种可能的解决方案。其中一个可能性是在微生物燃料电池中使用细菌。生活在厌氧条件下的铁还原菌表现出特殊的前景，因为它们能自然地将处于+3氧化状态的铁还原为+2氧化状态。然后，铁可以在阳极上放弃一个电子，回到+3状态，并通过将电子从细菌转移到阳极上，充当天然的介体分子。。
生物燃料电池的主要优点是无污染，不需要昂贵的催化剂，并且使用普通、廉价且易于再生的原材料。生物燃料电池的主要缺点是效率低和功率输出低。然而，到2011年，人们希望这些问题能够被克服，开辟新的可能性范围。这不仅包括廉价、清洁和可再生能源，还包括植入生物燃料电池的前景，该电池利用人体产生的物质运行，用于为心脏起搏器等医疗设备提供动力。。
- 发表于 2022-02-10 23:57
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- 分类：科学
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