我們都知道，糖能為人體提供能量。但鮮為人知的是，糖也能為電池提供能量。近日，美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的研究小組開(kāi)發(fā)出一種電池，以糖為能源提供電力，有望替代傳統(tǒng)電池成為一種高效廉價(jià)、可充電且可生物降解的電池。
用糖作電池的燃料其實(shí)不是新鮮事兒。早在大約10年前，就有科學(xué)家稱研制出了將糖類分子轉(zhuǎn)化為電能的生物能電池。而近期發(fā)明的這種高能糖電池的能量密度更大、造價(jià)更低也更環(huán)保，且可以通過(guò)充電反復(fù)使用。
電池的性能可用能量密度來(lái)衡量。能量密度是指在一定空間或質(zhì)量的物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小。電池的能量密度就是電池的平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。高能糖電池的發(fā)明者、弗吉尼亞理工大學(xué)副教授帕西瓦爾˙張說(shuō)，他們的糖電池能量密度比以往高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，在充電之前運(yùn)行的時(shí)間也更長(zhǎng)，性能甚至可以超過(guò)目前普遍運(yùn)用在手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品上的鋰電池。
糖是如何轉(zhuǎn)化為電能的呢?簡(jiǎn)言之，處在電池正極的酶將糖分解，釋放出電子和氫離子，負(fù)極則通過(guò)獲取空氣中的氧氣，在催化劑的作用下，與釋放出的氫離子發(fā)生反應(yīng)生成水，而電子在兩極間移動(dòng)便產(chǎn)生了電流。在這個(gè)過(guò)程中，能夠分解糖的酶，與能夠穩(wěn)步釋放電流的催化劑是必不可少的。高能糖電池利用了一系列人工合成的酶，通過(guò)人工構(gòu)造的一種合成酶路徑，就能從糖里獲取所有的電荷勢(shì)能，在一個(gè)小小的酶燃料電池中生成電流。
傳統(tǒng)電池通常是用昂貴的鉑金屬作催化劑，而高能糖電池用的是低成本的生物催化酶。通過(guò)一種酶流注，糖溶液中的所有電荷能夠緩慢地、一步步地被釋放出來(lái)。有了這些條件，糖電池就可以順利工作了。
目前常用的電池中含有大量的重金屬和電解質(zhì)溶液，使用后如果不加以合理地回收處理，有可能污染水源和土壤，對(duì)人類的生存環(huán)境產(chǎn)生巨大危害。而高能糖電池不僅原料價(jià)格低廉、隨處可見(jiàn)，還比傳統(tǒng)的電池更加環(huán)保。它的原料主要是由淀粉部分水解而成的麥芽糊精，副產(chǎn)品是水，原料耗盡后只需向電池里重新注入糖即可繼續(xù)使用，制造這種電池的酶和燃料還能進(jìn)行生物降解。預(yù)計(jì)3年后，這種糖電池將能為手機(jī)、平板電腦、視頻游戲機(jī)等大量電子器材供電。
從“如何讓生活更加便利”到“如何讓生活更加環(huán)保”的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了人類科技發(fā)展的新思路。帕西瓦爾˙張表示，糖是自然界中完美的儲(chǔ)能化合物，我們?cè)O(shè)法利用它的自然力量，以環(huán)境友好的方式來(lái)制作電池，是順理成章的事情。雖然這種高能糖電池從實(shí)驗(yàn)室順利過(guò)渡到商業(yè)化生產(chǎn)還面臨著一系列挑戰(zhàn)，但是，糖電池所代表的生物能電池的廣闊發(fā)展前景，無(wú)疑令人興奮和期待。(強(qiáng)薇)
下載文檔
