译言网 | 糖动力生物电池拥有的储电量是锂电的10倍：智能手机有望很快可以用生物酶来运行

糖动力生物电池拥有的储电量是锂电的10倍：智能手机有望很快可以用生物酶来运行

译者： crystal_chan 原作者：By Sebastian Anthony on January 21, 2014 at 2:01 pm

发表时间：2014-02-14

 

你或许知道，喝下几罐可乐，或者吃糖果得到的糖——血糖、果糖、蔗糖、葡萄糖——是一种极好的能量来源。从生物学角度上说，糖分子具有高能量密度，易于传输，而且转化廉价。这就是为什么几乎地球上所有活细胞都是从血糖中生成能量（ATP，三磷酸腺苷）。现在，弗吉尼亚科技（Virginia Tech）成功研制出糖动力燃料电池，其能量储存密度达到每公斤596安培小时——即比锂电池要高“一个数量级”。这种燃料电池可以用麦芽糊精溶液（一种常用作食品添加剂的多聚糖）重复充装，而其产生的副产品只有电和水。首席研究员Y.H.Percival Zhang称这项技术只要三年就可以实现商业化。

现在，糖是很好的能量来源不是什么新闻。作为文化的一种，我们或许早在人类还是智人的时候，就明白了这点。问题是除非你是一种活生物，或者某种燃烧装置，否则要提取这种能量很难。事实上，现在是通过酶催化的途径——用一种流水线生产的特制酶干扰糖分子，使它们变成三磷酸腺苷（ATP）。由于它易于大量产生酶，研究者尝试创造使用人工“新陈代谢”的燃料电池来分解糖转化成电（生物电池），不过历史已证明了要找出适当的途径使之达到最高效率，并使酶能长期保持在合适的位置是极为困难的。

图解酶燃料电池。上图用“小吃豆人”图标指代酶。

 

但是现在张（音译，下同）与他在弗吉尼亚科技（Virginia Tech）的朋友一起制造出一种高密度的燃料电池，这种电池使用一种酶催化的途径从糖中创造出大量电能。这种生物电池通过多次重复充装后能有多稳定，似乎还没有多少资料可证明，但是如果张认为它能在三年内实现商业化，那是个很好的兆头。但奇怪的是研究论文称这种酶是不固定的——这意味着张发现了某种电池的化学作用并不要求酶得保持固定……又或者它只能在很短的时间内工作。

不同类型电池的能量密度。上图用深蓝色柱形条表示的“15%麦芽糊精”就是这里讨论的电池类型。

弗吉尼亚科技（Virginia Tech）的生物电池使用13种酶，加上空气（这是一种空气自呼吸的生物电池），可从单个糖中生成差不多24个电子，这等同于每厘米有0.8毫瓦的能量输出，电流密度每厘米6毫安，而能量储存密度达每公斤596安培小时。最后的这个数字十分惊人，它的能量密度是移动设备中所用的锂电池约10倍。

如果张的生物电池行之有效，大家也许很快就能通过充注15%的麦芽糊精来给智能手机充电。这种电池不仅十分安全（产生水和电），而且非常廉价环保。这似乎完全符合张的主页内容，他在那里称他生活中的主要目标是用糖来取代原油，并养活世界。

生物电池也许可以作为能量植入设备应用在其他领域，比如心脏起博器——或者未来用于皮下传感器和计算机。这样一种生物电池可以依靠血液中的糖来运行，提供源源不断的安全电流，因此未来的技术专家肯定会将其应用在无数的其他植入当中。