生物电池 徐静慧16301030074 技术原理 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。生物电池按催化剂来源分为两大类: 1、微生物电池 微生物电池由阳极室和阴极室组成。有一个质子交换膜将两极室分开。基本反应 类型分为四步 1)在微生物的作用下,燃料发生氧化反应,同时释放出电子。 2)介体捕获电子并将其运送至阳极。 3)电子经外电路抵达阴极,质子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室 4)氧气在阴极接收电子,发生氧化还原反应 阳极反应:C6H1206+6H20→6C02+24H++24e 阴极反应:602+24H++24e-→12H20 酶电池 酶电池的阳极由嗜糖酶和介质组成,阴极由释氧酶和介质组成,两极都有一层玻 璃纸隔离膜 1)阳极通过如下的酶氧化反应从糖(葡萄糖)中分解出电子和氢离子 葡萄糖一>葡萄糖酸+2H+2e- 2)氢离子通过隔离膜流到阴极,氢离子和电子与空气中的氧结合,生成水 3)通过这一电化学反应过程,电子经过外围电路,产生了电。 tricot 杨想酸N 嘻 们员
生物电池 徐静慧 16301030074 技术原理 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。生物电池按催化剂来源分为两大类： 1、微生物电池 微生物电池由阳极室和阴极室组成。有一个质子交换膜将两极室分开。基本反应 类型分为四步： 1) 在微生物的作用下，燃料发生氧化反应，同时释放出电子。 2)介体捕获电子并将其运送至阳极。 3) 电子经外电路抵达阴极，质子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。 4)氧气在阴极接收电子，发生氧化还原反应。 阳极反应：C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e 阴极反应：6O2+24H++24e-→12H2O 2、酶电池 酶电池的阳极由嗜糖酶和介质组成，阴极由释氧酶和介质组成，两极都有一层玻 璃纸隔离膜。 1）阳极通过如下的酶氧化反应从糖（葡萄糖）中分解出电子和氢离子： 葡萄糖—>葡萄糖酸+ 2 H+ + 2e- 2）氢离子通过隔离膜流到阴极，氢离子和电子与空气中的氧结合，生成水： (1/2) O2 + 2 H+ + 2e- —> H2O 3）通过这一电化学反应过程，电子经过外围电路，产生了电
上图为手绘酶电池,模仿线粒体的反应机制 生物电池工作时,是将燃料的化学能转化为容易进行电化学反应的形式。有两 种方法:1)用酶氧化燃料,所得的酶反应生成物再进行电极反应的方式2)用 具有辅酶的酶来氧化燃料,使在燃料氧化过程中结合而还原的辅酶再在电极上进 行氧化的方式。 技术应用 1、燃料结构 使用生物燃料电池,糖类物质(葡萄糖等)的浓溶液氧化产生能量为车辆提 供前进动力 污水处理 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、能量支持 利用血液中的糖分发电的生物电池可为植入糖尿病患者体内的测定血糖值 的装置提供充足电量、为心脏起搏器提供能量. 4、机器人应用 在机器人体内安装一块微生物燃料电池,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。 5、在航空航天上的应用。 用微生物中的芽孢杆菌来处理航天员在太空中排出的尿液,生成氨气,以氨 气作为微生物电池的电极活性物质 技术优点 1、它将底物直接转化为电能,保证了高的能量转化效率, 2、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,其气体产物为二氧化碳 4、生物燃料电池具有生物相容性,以人体内葡萄糖和氧为原料的生物电池可以 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。 技术缺点 1、由于技术条件制约,生物电池的输出功率小、使用寿命短
上图为手绘酶电池，模仿线粒体的反应机制 生物电池工作时，是将燃料的化学能转化为容易进行电化学反应的形式。有两 种方法：1）用酶氧化燃料，所得的酶反应生成物再进行电极反应的方式 2）用 具有辅酶的酶来氧化燃料，使在燃料氧化过程中结合而还原的辅酶再在电极上进 行氧化的方式。 技术应用 1、燃料结构 使用生物燃料电池，糖类物质（葡萄糖等）的浓溶液氧化产生能量为车辆提 供前进动力。 2、污水处理 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、能量支持 利用血液中的糖分发电的生物电池可为植入糖尿病患者体内的测定血糖值 的装置提供充足电量、为心脏起搏器提供能量。 4、机器人应用 在机器人体内安装一块微生物燃料电池，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。 5、 在航空航天上的应用。 用微生物中的芽孢杆菌来处理航天员在太空中排出的尿液，生成氨气，以氨 气作为微生物电池的电极活性物质。 技术优点 1、它将底物直接转化为电能，保证了高的能量转化效率。 2、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，其气体产物为二氧化碳。 4、生物燃料电池具有生物相容性，以人体内葡萄糖和氧为原料的生物电池可以 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。 技术缺点 1、由于技术条件制约，生物电池的输出功率小、使用寿命短
即使是最新的技术,4个立方体(每边边长3.9公分)串联而成的生物电池, 仅产生了50mW的电能。 2、相对于同样大小的锂电池或干电池,生物电池所产生的电能过低。由此导致 生物燃料电池的使用范围非常狭小,远没有达到全面推广的时期
即使是最新的技术， 4 个立方体(每边边长 3.9 公分)串联而成的生物电池， 仅产生了 50mW 的电能。 2、相对于同样大小的锂电池或干电池，生物电池所产生的电能过低。由此导致 生物燃料电池的使用范围非常狭小，远没有达到全面推广的时期