新微型生物燃料电池 从软饮料中获取能量

你知道吗？饮料既能解渴，又可发电！在国家自然科学基金的连续资助下，中国科学院长春应用化学研究所董绍俊院士（TWAS）课题组在生物燃料电池的研究方面取得了重要进展，她们所设计的微型生物燃料电池可以直接从软饮料中获得能量，相关结果发表在《Energy & Environ. Sci. 2011, 4, 1358–1363》上。随后，该工作立即被选为新闻故事特写在Chemistry World上进行了报道。

能源供给一直是一个热门话题。生物燃料电池是一类以酶或者微生物为催化剂，以生物质为燃料，将化学能转化为电能的特殊燃料电池。与常规燃料电池相比，它造价低廉并能在室温和接近中性的pH值条件下工作，因而被视为一种潜在的绿色能源技术，有望用于便携能源和可植入医疗器件。

该课题组报道的酶生物燃料电池包括由碳纤维微电极制备的生物阳极和阴极，其中一种新型的碳纳米材料——单壁碳纳米角用来修饰电极以提高电子传递能力。生物阳极进一步修饰上葡萄糖去氢酶，在辅酶的作用下，催化氧化软饮料中的葡萄糖；生物阴极修饰上胆红素氧化酶，可将空气中的氧还原成水。由这两种反应组成的电路可用于构建微型能源装置，获得较高的能量输出。为能给小型电子设备供电，生物燃料电池需要微型化和更为广泛的燃料来源。在该体系中，从超市买来的软饮料可作为燃料直接使用，仅仅1 mL饮料（价格低于1分钱）能使燃料电池在间歇工作下产能近一个月。下图是该生物燃料电池从饮料中获得能量的功率输出示意图（从左到有依次为：茶饮料、蔬菜汁、果汁和碳酸饮料）。

这种酶生物燃料电池所用的燃料（软饮料）廉价并广泛易得，使用方便，电池构造简单，为其作为低成本的“绿色”微型能源装置提供了可能。