可生物降解的高能糖电池问世

原文出处: 科技日报

据物理学家组织网1月21日报道,美国弗吉尼亚理工大学研究小组开发出一种电池,以糖为能源提供电力,能量密度达到前所未有的水平,继续发展有望替代传统电池成为一种廉价的、可充电而且可生物降解的电池。相关论文发表在当天的《自然·通讯》杂志上。

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发明糖电池的是该校农业与生命科学学院、工程学院的生物系统工程副教授帕西瓦尔·张。他说,虽然现在也有其他糖电池,但他们的糖电池能量密度比以前的高出一个数量级,在充电之前运行的时间更长。预计三年后,这种糖电池将能为手机、平板电脑、视频游戏和大量其他电子器材供电。

“糖是自然界一种绝佳的、储存能量的混合物。”张说,“所以仅从逻辑上讲,我们也要努力利用这种天然能量,以一种环保的方式来生产电池。”

据美国环保署称,仅在美国,每年就有数十亿的有毒电池被扔掉,给环境和人体健康带来很大威胁。这种糖电池有望帮人们减少填埋数十万吨的电池。

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这种糖电池利用了一系列酶,这些酶以一种自然界没有的方式组合在一起。张和同事构造了一种非天然式的合成酶路径,能从糖里面获取所有的电荷势能,在一个小小的酶燃料电池中产生电流。传统电池通常是用昂贵的铂金作催化剂,而他们用的是低成本的生物催化酶。“通过一种酶流注,我们能把糖溶液中的所有电荷缓慢地、一步步地释放出来。”张说。

就像所有其他燃料电池一样,糖电池也是一种联合燃料。研究人员用的是麦芽糊精和空气产生电流和水,麦芽糊精是一种多聚糖,由淀粉部分水解形成,水是主要副产品。

研究人员还指出,糖电池和氢燃料电池、直接的甲醇燃料电池不同,糖溶液燃料不会爆炸、燃烧,能量存储密度更高。制造这种电池的酶和燃料还能生物降解。此外,糖电池还能再次充电,在其中加入糖就像给打印机的墨盒装入墨水一样。



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