生物電池？1. 科學(xué)家曾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將酵母和葡萄糖混合液置于半透膜容器中，并與外部純葡萄糖溶液接觸，容器內(nèi)含有溶解氧氣。2. 實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)容器均插入鉑電極，并通過連接形成閉合回路，觀察到電流產(chǎn)生，表明微生物分解有機(jī)物時(shí)伴隨電能釋放。3. 基于該實(shí)驗(yàn)原理，科學(xué)家開發(fā)出生物電池，相較于傳統(tǒng)的電化學(xué)電池，那么，生物電池？一起來了解一下吧。
科學(xué)家曾經(jīng)做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把酵母和葡萄糖的混合液放在裝有半透膜壁的容器里，將這個(gè)容器浸在另一個(gè)較大的容器中，較大的容器中盛有純葡萄糖溶液，其中有溶解的氧氣。在兩個(gè)容器中都插入鉑電極，連接兩個(gè)電極便得到了電流，這說明在微生物分解有機(jī)化合物的時(shí)候，就有電能隨之釋放出來。
根據(jù)這個(gè)原理制造出來的電池叫生物電池。生物電池比電化學(xué)電池有許多優(yōu)點(diǎn)：生物電池工作時(shí)不發(fā)熱，不損壞電極，不但可以節(jié)約大量金屬，而且壽命比電化學(xué)電池長得多。
目前，生物電池作為電源，已試用于信號(hào)燈、航標(biāo)和無線電設(shè)備，其中有的雖然經(jīng)過長期使用，效果仍然像剛開始那樣。有一種用細(xì)菌、海水和有機(jī)質(zhì)制造的生物電池，用做無線電發(fā)報(bào)機(jī)的電源，它的工作距離已達(dá)到10千米，用生物電池做動(dòng)力的模型船也已在海上游弋。
從生物電池的工作原理，科學(xué)家們想到了海洋，從而使一望無際的海洋，又變成了一個(gè)巨大的天然生物電池。
海洋是生命的搖籃。在海洋的表層，陽光透入淺海，生長著許許多多的單細(xì)胞藻類：綠藻、褐藻、紅藻等等，它們從海水中吸取了二氧化碳和鹽類，在陽光下進(jìn)行著光合作用，形成有營養(yǎng)的碳水化合物，同時(shí)放出氧，在海水中形成過多的帶負(fù)電的氫氧離子。
海洋的底層是海洋動(dòng)植物殘骸的集聚地，也是河流從陸地帶來豐富有機(jī)質(zhì)的沉積場(chǎng)所。
1. 科學(xué)家曾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將酵母和葡萄糖混合液置于半透膜容器中，并與外部純葡萄糖溶液接觸，容器內(nèi)含有溶解氧氣。
2. 實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)容器均插入鉑電極，并通過連接形成閉合回路，觀察到電流產(chǎn)生，表明微生物分解有機(jī)物時(shí)伴隨電能釋放。
3. 基于該實(shí)驗(yàn)原理，科學(xué)家開發(fā)出生物電池，相較于傳統(tǒng)的電化學(xué)電池，生物電池工作不發(fā)熱，電極耐用，能節(jié)約金屬資源，且使用壽命更長。
4. 生物電池已應(yīng)用于信號(hào)燈、航標(biāo)和無線電設(shè)備作為電源，表現(xiàn)出長期穩(wěn)定性能。
5. 一種以細(xì)菌、海水和有機(jī)質(zhì)為原料的生物電池，為無線電發(fā)報(bào)機(jī)提供電源，工作距離可達(dá)10千米。
6. 利用生物電池驅(qū)動(dòng)的模型船已在海上進(jìn)行航行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了生物電池的應(yīng)用潛力。
7. 科學(xué)家推測(cè)，海洋表層和底層的生物活動(dòng)形成電位差，可將海洋視為天然生物電池。
8. 海洋表層光照充足，單細(xì)胞藻類通過光合作用產(chǎn)生碳水化合物和氧氣，同時(shí)在海水中形成負(fù)電荷的氫氧離子。
9. 海洋底層缺乏光照，細(xì)菌分解海底沉積物中的有機(jī)物，產(chǎn)生正電荷的氫離子，從而形成電位差。
10. 科學(xué)家設(shè)想未來在海洋上建立天然生物電站，利用表層和底層的電位差產(chǎn)生電流，為人類提供大量電能，預(yù)計(jì)隨著科技進(jìn)步，這一設(shè)想將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
生物電池的基本構(gòu)造包含了陽極和陰極，它們各自由特定的成分組成。陽極主要由嗜糖酶和介質(zhì)構(gòu)成，負(fù)責(zé)從糖（如葡萄糖）中進(jìn)行酶氧化反應(yīng)，反應(yīng)過程如下：
葡萄糖 → 葡萄糖酸 + 2 H+ + 2e-
生成的氫離子隨后通過隔離膜移動(dòng)至陰極。在陰極，氫離子與空氣中的氧結(jié)合，形成水：
(1/2) O2 + 2 H+ + 2e- → H2O
這個(gè)過程中，電子通過外部電路流動(dòng)，從而產(chǎn)生電能。生物電池的工作機(jī)制是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為可進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的形式。有以下兩種操作方式：
首先，通過酶氧化燃料，將生成的酶反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步在電極上進(jìn)行反應(yīng)，這種系統(tǒng)稱為電子傳遞系統(tǒng)不配對(duì)的體系。
其次，利用具有輔酶的酶來氧化燃料，輔酶在燃料氧化過程中被還原，然后在電極上再次氧化，這樣的電子傳遞系統(tǒng)則為配對(duì)體系。
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生物電池，用一種芽胞桿菌來處理人的排泄物，生產(chǎn)氨氣，氨氣作為電極活性物質(zhì)，在鉑電極發(fā)生電極反應(yīng)，用于宇宙飛船中。2013年科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以把細(xì)菌體表蛋白生成的能量收集起來，作為電能。這項(xiàng)重大突破將會(huì)導(dǎo)致由細(xì)菌產(chǎn)生的清潔電流，或稱“生物電池(bio batteries)”誕生。
葡萄糖生物燃料電池是一種創(chuàng)新的科技產(chǎn)品，由法國格勒諾布爾約瑟夫·傅立葉大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)，旨在為人體人造器官提供綠色、可植入的電力來源。該研究小組的突破性成果是制造出全球首塊能為醫(yī)療設(shè)備供電的葡萄糖生物燃料電池，它的工作原理是利用人體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員將這種電池植入小白鼠體內(nèi)，通過葡萄糖與氧氣的酶促氧化反應(yīng)，生成電能。這兩種物質(zhì)在生物體內(nèi)普遍存在，形成了一種“氧化還原調(diào)解劑”，就像體內(nèi)的自然電線，持續(xù)為人造器官提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。這種創(chuàng)新的技術(shù)預(yù)示著一個(gè)可能性，即使用葡萄糖這種人體內(nèi)的基本能源，為可植入的醫(yī)療設(shè)備提供持久的動(dòng)力。
科學(xué)家們正在不斷探索和優(yōu)化這種技術(shù)，目標(biāo)是開發(fā)出更加環(huán)保且高效的葡萄糖生物燃料電池。他們的工作旨在減少對(duì)傳統(tǒng)電池的依賴，同時(shí)為醫(yī)療領(lǐng)域帶來更加安全、持久的能源解決方案。這樣的技術(shù)進(jìn)步，無疑將為未來的醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)開辟新的道路，讓可穿戴醫(yī)療設(shè)備和體內(nèi)植入物的性能得到顯著提升。
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葡萄糖生物燃料電池依賴于人體酶進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，例如：葡萄糖和氧氣結(jié)合在一起(這兩種物質(zhì)都存在于實(shí)驗(yàn)老鼠體內(nèi))，這種被稱為“氧化還原調(diào)解劑”的混合物質(zhì)就像是電線，持續(xù)向人造器官供電。
生物電池根據(jù)反應(yīng)場(chǎng)所的不同，主要分為三種類型：
單步反應(yīng)型生物電池: 這類電池利用生物體內(nèi)部的氧化還原物質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)在生物體內(nèi)進(jìn)行。
多步反應(yīng)型生物電池: 通過生物體外部的氧化還原物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，這種電池通常在生物體外產(chǎn)生電能。
細(xì)胞型生物電池: 電池反應(yīng)發(fā)生在生物體細(xì)胞外部，利用氧化還原物質(zhì)來驅(qū)動(dòng)電力生成。
每種類型的生物電池還根據(jù)催化劑的來源有所不同。首先是微生物電池，它由陽極室和陰極室構(gòu)成，通過質(zhì)子交換膜隔開。其基本反應(yīng)分為四步：
燃料在微生物作用下氧化，釋放電子。
電子通過介體傳遞到陽極。
電子經(jīng)過外電路到達(dá)陰極，質(zhì)子由陽極室通過交換膜至陰極室。
氧氣在陽極接受電子，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。
陽極反應(yīng)：C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e+
陰極反應(yīng)：6O2+24H++24e-→12H2O
另一種是酶電池, 常用葡萄糖作為原料。它的工作原理是葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用下失去電子被氧化，電子經(jīng)介體傳遞至陽極，最終還原雙氧水為水。
以上就是生物電池的全部內(nèi)容，生物電池根據(jù)反應(yīng)場(chǎng)所的不同，主要分為三種類型：單步反應(yīng)型生物電池: 這類電池利用生物體內(nèi)部的氧化還原物質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)在生物體內(nèi)進(jìn)行。多步反應(yīng)型生物電池: 通過生物體外部的氧化還原物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，這種電池通常在生物體外產(chǎn)生電能。細(xì)胞型生物電池: 電池反應(yīng)發(fā)生在生物體細(xì)胞外部。
