生物燃料电池 18300680205谭凯歌 技术概况 传统的燃料电池使用氢为燃料,氢不仅难以制取,而且还难以储存,以至于 燃料电池的成本居高不下。美国研究员曾尝试使用便宜的有关碳氢化合物为原料, 但化学反应的“残渣”很容易积聚在镍制的电池正极上导致断路。而使用铜和陶 瓷的混合物制造电池正极,解决了“残渣”积聚问题。新研制的燃料电池可用甲 烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等5种碳氢化合物做燃料源,可以通过微生物发酵 途径生产甲烷等碳氢化合物,成为硏制新型燃料电池较为丰富而广泛的原料来源。 生物燃料电池还在继续发展,而这项技术与我们的出行有着极大的联系 旦 生物燃料电池:绿色出行不是梦! 一、技术原理 生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的 类特殊的燃料电池。多数由微生物参加反应,引起原物理电极电位偏差,增加电 位差,从而获得电能。生物燃料电池可粗略分为微生物生物燃料电池、酶型生物 燃料电池生物燃料电池按电子传递方式可以分为直接生物燃料电池和间接生物 燃料电池 1.在微生物燃料电池中,由整个微生物细胞作催化剂,依靠合适的电子传递 媒介体在生物组分和电极之间进行有效的电子传递。 2.在酶型生 物燃料电池 中由酶作为 負極槽 正極槽 生物催化剂 通过生物电 化学途径,把 燃料中的化 学能转化为 电能。 好桑件 3.在间接型 z口卜>交换膜PEM) Created by itto Fujik 燃料电池 中,燃料不在电极上反应,而在电解液中或其他地方反应,电子则由具有 氧化还原活性的媒介体运载到电极上去 举例:由水的厌氧酵解或光解作用产生氢等电活性成分,然后在通常的氢 氧燃料电池的阳极上被氧化
生物燃料电池 18300680205 谭凯歌 技术概况 传统的燃料电池使用氢为燃料，氢不仅难以制取，而且还难以储存，以至于 燃料电池的成本居高不下。美国研究员曾尝试使用便宜的有关碳氢化合物为原料， 但化学反应的“残渣”很容易积聚在镍制的电池正极上导致断路。而使用铜和陶 瓷的混合物制造电池正极，解决了“残渣”积聚问题。新研制的燃料电池可用甲 烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等 5 种碳氢化合物做燃料源，可以通过微生物发酵 途径生产甲烷等碳氢化合物，成为研制新型燃料电池较为丰富而广泛的原料来源。 生物燃料电池还在继续发展，而这项技术与我们的出行有着极大的联系。 生物燃料电池：绿色出行不是梦！ 一、 技术原理 生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的一 类特殊的燃料电池。多数由微生物参加反应，引起原物理电极电位偏差，增加电 位差，从而获得电能。生物燃料电池可粗略分为微生物生物燃料电池、酶型生物 燃料电池生物燃料电池按电子传递方式可以分为直接生物燃料电池和间接生物 燃料电池。 1.在 微生物燃料电池中，由整个微生物细胞作催化剂，依靠合适的电子传递 媒介体在生物组分和电极之间进行有效的电子传递。 2.在 酶型生 物燃料电池 中 由 酶作为 生物催化剂， 通过生物电 化学途径，把 燃料中的化 学能转化为 电能。 3.在间接型 燃料电池 中，燃料不在电极上反应，而在电解液中或其他地方反应， 电子则由具有 氧化还原活性的媒介体运载到电极上去。 举例：由水的厌氧酵解或光解作用产生氢等电活性成分，然后在通常的氢－ 氧燃料电池的阳极上被氧化
阴极 ·被传递电子 介体 被氧化 还原产物 氧化剂 阴离 质子交换牍 间接生物燃料电池 4在直接型燃料电池中,燃料在电极上反应,电子从燃料分子直接转移到电 极上,生物催化剂的作用是催化燃料在电极表面上的反应。有一种氧化还原 蛋白质作为电子由基质直接转移到电极的中间物。如利用N,N,N,N一四 甲基一P一苯氨基二胺作为介质,由甲醇脱氢酶和甲酸脱氢酶所催化的甲醇 的完全氧化作用,可用来产生电流。 、技术应用 1.用于废水处理 污水在生活或者工业领域随处可见,但是不为大部分人所知的是,在污 水中存在许多微生物,如普通变形杆菌属,埃希氏杆菌属coli, Alcaligenes eutrophus,定氮菌类 chroococtⅧm,或芽胞杆菌属 subtilis这些菌类在加 以催化剂催化的情况下都可以产生充足的生物电能。这样一来,既能够获得 人们所需要的能源,而且能够对污水中的有机化合物进行提取,起到净化污 水的作用。不仅能够减少污水对环境的污染,也能够将污水变废为宝,使之 成为一种可以利用的清洁能源。 2.用于新能源汽车 最近日产发布了新的燃料电池系统「e- Bio fue-cell(生物燃料电池 车)电池内部的化学反应式可以表示为:「乙醇水→氢气二氧化碳」。固态 氧化物燃料电池的最终生成物依然为氢气,只不过内部存储燃料换成了生物 乙醇。相比于氢气而言,生物乙醇 存储更安全,运输也更加方便。除 此之外,生物乙醇还可以直接从甘 蔗及玉米等农作物当中获取,相比 于氢燃料,生物乙醇的成本显然更 加低廉。生物燃料电池车的推广使 用可以提高废物资源利用率,可 减少污染,保护环境,做到绿色出行 技术优缺点 优点 1.燃料来源广泛:生物燃料电池还可以 利用一般燃料电池不能利用的的有机 物、无机物等作为燃料 2.反应条件温和:一般以酶等作为催化 剂,温和易控制。 3.催化剂种类多样 4.生物相容性好
间接生物燃料电池 4.在直接型燃料电池中，燃料在电极上反应，电子从燃料分子直接转移到电 极上，生物催化剂的作用是催化燃料在电极表面上的反应。有一种氧化还原 蛋白质作为电子由基质直接转移到电极的中间物。如利用 N，N，N'，N'－四 甲基－P－苯氨基二胺作为介质，由甲醇脱氢酶和甲酸脱氢酶所催化的甲醇 的完全氧化作用，可用来产生电流。 二、技术应用 1.用于废水处理 污水在生活或者工业领域随处可见，但是不为大部分人所知的是，在污 水中存在许多微生物，如普通变形杆菌属，埃希氏杆菌属 coli，Atcaligenes eutrophus，定氮菌类 chroococum，或芽胞杆菌属 subtilis 这些菌类在加 以催化剂催化的情况下都可以产生充足的生物电能。这样一来，既能够获得 人们所需要的能源，而且能够对污水中的有机化合物进行提取，起到净化污 水的作用。不仅能够减少污水对环境的污染，也能够将污水变废为宝，使之 成为一种可以利用的清洁能源。 2.用于新能源汽车 最近日产发布了新的燃料电池系统「e-Bio Fuel-cell」（生物燃料电池 车）电池内部的化学反应式可以表示为：「乙醇 水→氢气 二氧化碳」。固态 氧化物燃料电池的最终生成物依然为氢气，只不过内部存储燃料换成了生物 乙醇。相比于氢气而言，生物乙醇 存储更安全，运输也更加方便。除 此之外，生物乙醇还可以直接从甘 蔗及玉米等农作物当中获取，相比 于氢燃料，生物乙醇的成本显然更 加低廉。生物燃料电池车的推广使 用可以提高废物资源利用率，可以 减少污染，保护环境，做到绿色出行！ 三、 技术优缺点 ⚫ 优点 1. 燃料来源广泛：生物燃料电池还可以 利用一般燃料电池不能利用的的有机 物、无机物等作为燃料； 2. 反应条件温和：一般以酶等作为催化 剂，温和易控制。 3. 催化剂种类多样 4. 生物相容性好
缺点 输出功率密度还远不能满足要求:生物体系缓慢的电子传递速率是生物 燃料电池发展的瓶颈。 2.长期放置后使用的稳定性差。 技术展望 随着生物和化学学科交叉研究的深入,特别是依托生物传感器和生物电 化学的研究进展,以及对修饰电极、纳米科学等研究的层层深入,生物 燃料电池研究必然会得到更快的发展。生物燃料电池作为一种绿色环保的 新能源,必将造福于人类! 参考文献 百度百科htps://baike.baidu.com/item/生物燃料电池 /2173503?fr=aladdin 《生物燃料电池的研究进展》宝王月、吴霞琴2004 《生物燃料电池的硏究现状与进展》陈湛 《微生物燃料电池在废水处理中的应用》中国能源网李毅胡翔王程远 王瑞林 盖世汽车资讯日产生物燃料电池车想在巴西搞个大新闻编辑:金刚 http://auto.gasgoo.com/news/2016/08/08091447144760365321372.shtml 图片来自:百度图片-生物燃料电池
⚫ 缺点 1. 输出功率密度还远不能满足要求：生物体系缓慢的电子传递速率是生物 燃料电池发展的瓶颈。 2. 长期放置后使用的稳定性差。 四、 技术展望 随着生物和化学学科交叉研究的深入,特别是依托生物传感器和生物电 化学的研究进展 , 以及对修饰电极 、纳米科学等研究的层层深入 ,生物 燃料电池研究必然会得到更快的发展 。生物燃料电池作为一种绿色环保的 新能源，必将造福于人类！ 参考文献： 百度百科 https://baike.baidu.com/item/ 生物燃料电池 /2173503?fr=aladdin 《生物燃料电池的研究进展》宝王月、吴霞琴 2004； 《生物燃料电池的研究现状与进展》陈湛； 《微生物燃料电池在废水处理中的应用》中国能源网 李毅 胡翔 王程远 王瑞林； 盖世汽车资讯 日产生物燃料电池车想在巴西搞个大新闻 编辑：金刚 http://auto.gasgoo.com/News/2016/08/08091447144760365321372.shtml； 图片来自：百度图片-生物燃料电池