环保生物燃料电池的研究现状与前景_燃料电池股票
摘要探讨了环保生物电池利用生物催化剂直接把化学能化电能,具有广泛,反应条件温和,生物相容性等优。
介绍了环保生物电池优势,包括可以将有机废水化学能直接化清洁电能,又能处理污水,具有显著环境效益和济效益。
收稿日期00078。
作者简介陈丁丁(98―),男,江西武宁人,助理工程师,主要从事环境工程方面研究。
图分类k0。
献标识码。
编6799(00)0800703。
引言。
90年英国植物学马克V比特首次发现了细菌培养液能够产生电流,是他用铂作电极放进肠杆菌和普通酵母菌培养液里,成功制造出了世界微生物电池。
98年美国制造了种能外太空使用微生物电池,使用宇航员尿液和活细菌,不放电率极低。
传统电池是利用氢气发电,但从没有尝试使用富含有机物污水发电。
环保生物电池是种特殊电池,以然界微生物或酶催化剂,直接将化学能化电能。
环保生物电池(rbl l ll )是以微生物作催化剂将碳水化合物化学能化电能装置,由阳极区和阴极区组成,用质子交换膜(r xg br,)分开,如图所示。
环保生物电池工作程分几步骤阳极区,微生物利用电极材作电子受体将有机底物氧化,这程要伴随电子和质子()释放;释放电子微生物作用下通电子传递介质移到电极上;电子通导线移到阴极区,,由释放出质子透质子交换膜也到达阴极区;阴极区,电子、质子和氧气反应生成水,随着阳极有机物不断氧化和阴极反应持续进行,外电路获得持续电流[],其反应式如下。
6��6 + 6 →6 + �++�,。
000V。
6+�++���→,。
03V�。
3 单槽设计。
微生物电池是单反应槽,里面装有8条阳极石墨棒,围绕着阴极棒,密闭槽以质子交换膜隔。
密闭槽外部以铜线组成闭合电路,用作电子流通路径。
当污水被入反应槽,细菌酶将污水有机物分,程释放出电子和质子。
其电子流向阳极,而质子则通槽质子交换膜流向阴极,并那里与空气氧以及电子结合生成干净水。
从而完成对污水处理。
与,反应槽正极电子交换产生了电压,使该设备能够给外部电路供电。
部分电池设计以两反应槽主,分别阳极槽和阴极槽,阳极槽以厌氧方式维持微生物生长;阴极槽则维持有氧环境下,使电子与氧结合并且与质子形成水分子。
而单反应槽以质子交换膜连接两槽,其功能不仅可分开两槽水溶液,还可以避免氧气扩散至另槽。
两槽式电槽,以外力方式提供溶氧至阴极,而单槽微生物电池可以以连续水方式将空气带入阴极,从而减少通氧设备花费。
发电量方面,实验室里,该设备能产生7电流,可以驱动风扇。
虽然目前产生电流不多,但该设备改进空很。
从提交发明报告到现,已把该电池发电能力提高到了350,这数值终能达到500~000。
技术成熟,可以批量生产微生物电池发电能力将获得很提高,可以产生500k稳定电流,约是300户庭用电量。
华盛顿学研究人员日前称,他们把利用废水发电微生物电池技术又向前推进了步。
年他们已研究出了这利用废水发电新技术,现,他们又把新技术发电量比年提高了0倍。
如利用这技术能使发电量再提高0倍话,食品和农业加工厂就有望能安装这种设备用发电,并能附近居民提供清洁和可再生电能[]。
华盛顿学环境工程学项目成员、化学工程助教拉思安晋南特博士“环境科学技术”上介绍了这种不断上流微生物电池()设计以及工作原理。
那些让微生物含有营养液封闭系统工作实验不是,安晋南特微生物提供是不断废水。
由食品和农业加工会不停排放废水。
因,安晋南特技术更容易这些工厂得到应用。
利用废水发电微生物电池技术,是阳极室安装价格低廉型质子交换膜,将阳极和阴极分开。
废水含有有机物,可细菌群提供丰富食物,使其得以生存和繁衍。
这些细菌电池阳极电极上形成生物膜,食用废水有机物向阳极释放电子,电子通与阳极和阴极相连铜导线移动到阴极,废水质子则穿质子交换膜回到阴极,电子和氧原子结合生成水。
而电子导线运动程就形成了人们所要电流。
继005年首次完成了废水发电微生物电池设计,安晋南特新推出型设计增加了质子交换膜面积、缩短了两极距离,因降低了因阻力引起能耗,使电池发电能力提高了0倍,每立方米溶液发电量从33增加到了93。
gr与土木与环境工程教授r r、助理教授r ,细菌学教授 ,研究员bl r r,以及研究生 Kg 和Rl rz合作发展出种能污水处理厂应用规模微生物电池系统。
目前,研究人员们把微生物封装密闭无氧测试管,测试管形状被做成类似电路回路。
当处理废物,先把有机废水通入管,作副产品电子向阳极移动,然通回路流到阴极。
但是可以像电池样把足够多电池并和串起产生足够高电压作种有实际应用电。
目前该研究组正利用他们材科学、细菌学和环境工程方面优势优化微生物电池结构。
英国牛津学科研人员研制出种新环保生物电池,这种环保生物电池装有种生化酶,可以吸收空气氢和氧发电。
这种生化酶是从种要氢气维持新陈代谢细菌分离出。
这种酶独特处可以与那些如氧化碳和硫化氢等常规电池催化剂并存。
这种酶是“生长型”,因能够以价格低廉、可再生等特取代传统价格昂贵铂基催化剂。
这种电池消耗是气氧气和氢气。
所使用酶是从然界利用氢气进行新陈代谢细菌分离出。
这种酶特性是具有高选择性,能够忍受对传统电池催化剂具有毒害作用气体,例如氧化碳和硫化氢。
研究人员表示,由这种酶能够生长,所以对比其他氢电池所使用昂贵铂催化剂而言,这是种廉价、可更新环保电池。
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33 生物医学应用。
环保生物电池还可以造出另种重要产品,根据电信立即测出病人血糖水平仪器。
对向包括起博器和胰岛素生成器等可植入电控医学设备供电说,环保生物电池非常有用。
这些设备要无限电,这是因更换这些设备电池可能要外科手术。
B从活生物体提取(例如从血流提取葡萄糖)产生电流。
00年8月 绿 色 科 技。
8期。
结语。
尽管环保生物电池数十年研究仍距实用遥远,电池研究从0世纪90年代初开始又成热门领域,现仍升温阶段。
几种电池已处商业化前夜。
另外,近0年生物技术巨发展,环保生物电池研究提供了巨物质、知识和技术储备。
随着生物和化学学科交叉研究深入,特别是依托生物传感器和生物电化学研究进展,以及对修饰电极、纳米科学等研究层层深入,环保生物电池研究必然会得到更快发展。
环保生物电池作种绿色环保新能,生物医学等各领域应用理想必然会实现。
参考献。
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