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行业前沿:美科学家研发新高能电池

2015年10月09日 11:56:54

  近日,美国弗吉尼亚理工大学的研究小组开发出一种电池,以糖为能源提供电力,有望替代传统电池成为一种高效廉价、可充电且可生物降解的电池。
  用糖作电池的燃料其实不是新鲜事儿。早在大约10年前,就有科学家称研制出了将糖类分子转化为电能的生物能电池。而近期发明的这种高能糖电池的能量密度更大、造价更低也更环保,且可以通过充电反复使用。
  电池的性能可用能量密度来衡量。能量密度是指在一定空间或质量的物质中储存能量的大小。电池的能量密度就是电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。高能糖电池的发明者、弗吉尼亚理工大学副教授帕西瓦尔·张说,他们的糖电池能量密度比以往高出一个数量级,在充电之前运行的时间也更长,性能甚至可以超过目前普遍运用在手机、电脑等电子产品上的锂电池。
  糖是如何转化为电能的呢?简言之,处在电池正极的酶将糖分解,释放出电子和氢离子,负极则通过获取空气中的氧气,在催化剂的作用下,与释放出的氢离子发生反应生成水,而电子在两极间移动便产生了电流。在这个过程中,能够分解糖的酶,与能够稳步释放电流的催化剂是必不可少的。高能糖电池利用了一系列人工合成的酶,通过人工构造的一种合成酶路径,就能从糖里获取所有的电荷势能,在一个小小的酶燃料电池中生成电流。
  传统电池通常是用昂贵的铂金属作催化剂,而高能糖电池用的是低成本的生物催化酶。通过一种酶流注,糖溶液中的所有电荷能够缓慢地、一步步地被释放出来。有了这些条件,糖电池就可以顺利工作了。
  目前常用的电池中含有大量的重金属和电解质溶液,使用后如果不加以合理地回收处理,有可能污染水源和土壤,对人类的生存环境产生巨大危害。而高能糖电池不仅原料价格低廉、随处可见,还比传统的电池更加环保。它的原料主要是由淀粉部分水解而成的麦芽糊精,副产品是水,原料耗尽后只需向电池里重新注入糖即可继续使用,制造这种电池的酶和燃料还能进行生物降解。预计3年后,这种糖电池将能为手机、平板电脑、视频游戏机等大量电子器材供电。
  从“如何让生活更加便利”到“如何让生活更加环保”的转变,体现了人类科技发展的新思路。帕西瓦尔·张表示,糖是自然界中完美的储能化合物,我们设法利用它的自然力量,以环境友好的方式来制作电池,是顺理成章的事情。