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陈根:超薄燃料电池利用葡萄糖直接发电?
发布时间:2022-05-27 15:53:54 来源:im电竞app官网 作者:im电竞平台官网

  随着经济发展与环境、能源之间的矛盾日益突出,燃料电池因其绿色无污染、原料来源广泛、生物相容性好等特点,越来越受到人们关注。葡萄糖作为一种人体从食物中吸收的糖,不仅是身体里每个细胞的能量来源,也是具有潜在的巨大能量密度的生物质燃料。

  事实上,葡萄糖燃料电池的理念并不新鲜。早在 20 世纪 70 年代,科学家就提出以这种电池为心脏起搏器供应动力。但因这种电池所使用的酶不能长久稳定发挥作用,以及锂离子电池能在单位面积内供应更强劲的能量而搁浅。

  近日,麻省理工学院(MIT)和慕尼黑技术大学(the Technical University of Munich)的工程师们设计了一种新型葡萄糖动力电池,其有效解决了葡萄糖燃料电池中的问题,使得葡萄糖可以直接转化为电能。

  该电池的结构与现有的燃料电池基本相同,由阳极、电解质和阴极组成。阳极与体液中的葡萄糖发生反应,产生葡萄糖酸,这一过程会释放出两个质子和两个电子。电解质带走质子,在那里它们与空气混合并变成无害的水分子。同时,电子被收集到一个电路中,在那里它们可以被用来为植入的设备供电。

  值得一提的是,该电池厚度仅为 400 纳米,约为人类头发直径的 1/100。此外,其不仅弹性好,而且耐高温,能够承受高达 600 摄氏度的温度。如果将这种高耐热性集成到医疗植入物中,将会发挥令人满意的稳定性。

  测试中,研究人员在硅片上制造了 150 个电池,将葡萄糖溶液流过它们的顶部,并测量它们的电力输出。结果显示,该电池产生了大约 80 毫伏的峰值电压,相当于每平方厘米约 43 微瓦,实现了迄今为止葡萄糖燃料电池的最高功率密度。

  而且,一般情况下,葡萄糖燃料电池中的电解质是由聚合物制成的,但是在新电池中,研究人员使用了一种新材料——氧化铈,一种坚固、稳定的陶瓷,其不仅可以很好地传导质子,还有助于延长电池使用寿命。

  目前,相关理论研究还处于发展阶段。未来,随着生物、电化学、材料学和环境工程等学科交叉研究的深入,相信该电池会得到更好的状态。

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