生物电池的工作原理(生物太阳能电池的反应原理)

生物电池的工作原理(生物太阳能电池的反应原理)-1

生物电池(bio-fuel cells),是指将生物质能直接转化为电能的装置(生物质蕴涵的能量绝大部分来自于太阳能,是绿色植物和光合细菌通过光合作用转化而来的)。从原理上来讲,生物能能够直接转化为电能,主要是因为生物体内存在与能量代谢关系密切的氧化还原反应。这些氧化还原反应彼此影响,互相依存,形成网络,进行生物的能量代谢。

生物电池的工作原理(生物太阳能电池的反应原理)-2

【生物电池 · 优越性】

与传统的化学电池相比,生物电池具有操作上和功能上的优势:

1. 它将底物直接转化为电能,保证了具有高的能量转化效率。

2. 不同于现有的生物能处理,生物燃料电池能在常温常压甚至是低温的环境条件下都能够有效运作,电池维护成本低,安全性强。

3. 生物燃料电池不需要进行废气处理,因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳。

4. 生物燃料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池可以直接植入人体

5. 在缺乏电力基础设施的局部地区,生物燃料电池具有广泛应用的潜力。

生物电池的工作原理(生物太阳能电池的反应原理)-3

【生物电池 · 用途】

1、改善汽车的燃料结构。

使用生物燃料电池,1L糖类物质(葡萄糖等)的浓溶液氧化产生的电能可提供一辆中型汽车行驶25-30Km,如果汽车的油箱为50L的话,装满后可连续行驶1000Km而不需要再补充能源。这样,一方面可以控制因化石燃料燃烧导致的空气污染问题,另一方面还可避免因发生交通事故而引发的汽油起火燃烧甚至是爆炸。

生物电池的工作原理(生物太阳能电池的反应原理)-4

2、污水处理

2005年,美国宾夕法尼亚大学的研究小组宣布,已成功研制一种新型的微生物电池。可以将未处理过的污水,通过微生物降解,转变为清洁的水和电能。

3、在机器人应用中

2001年,英国西英格兰大学的科学家们研制出了一种名为“Slugbot”的机器人,用于搜捕危害种植业的鼻涕虫放在一容器中,在酶的作用下将其转化为电能。

2000年美国南佛罗里达大学科学家研制出一种可使用肉类食物补充能量的机器人。这种机器人体内装备一块微生物燃料电池,为机器人运动和工作提供动力。

这种关于机器人的设想还有很多,比如在机器人体内安装一块微生物电池,让机器人和人类一样可以“吃饭”,并将“吃”下的食物(或富含能量的东西)通过微生物电池转化成电能提供给机器人。这种技术主要被用于高拟态机器人(与人类有极高相似度的机器人)、野外探险机器人、和军用机器人。

4、在航空航天上的应用

为处理密闭的宇宙飞船里宇航员排出的尿液,美国宇航局设计了一种新型生物电池。用微生物中的芽孢杆菌来处理尿液,生成氨气,以氨气作为微生物电池的电极活性物质。这样既处理了尿液,又得到了电能。一般在宇航条件下,平均每天可得到47瓦电力。

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