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日本金泽大学和金泽工业大学推进生物燃料电池的开发

 AIpatent 2022-09-23 发布于上海

本文1040字,阅读约需3分钟

摘   要:生物燃料电池利用生物催化剂的化学反应发电,作为环保型下一代能源而备受关注,有望用于心脏起搏器和污水处理厂,金泽大学和金泽工业大学正在积极研发,以进一步推进该技术的普及。

关键字:生物燃料电池、酶燃料电池、漆酶、微生物燃料电池、碳布

有望用于心脏起搏器和污水处理厂

“生物燃料电池”利用酶和微生物等身边生物的力量,利用生物催化剂的化学反应发电,作为环保型下一代能源而备受关注,有望用于心脏起搏器和污水处理厂,但其在发电效率和成本方面仍存在问题。金泽大学和金泽工业大学正在积极研发,有望推进该技术的普及。

“酶燃料电池”以葡萄糖和果糖为燃料。在负极侧,通过“氧化酶”的作用产生电子和氢离子,电子通过外部电路流向正极侧的过程发电;在正极侧,“还原酶”利用到达的电子和氢离子与溶液中的氧结合,仅生成水。

金泽大学理工研究领域的片冈邦重教授的研究室,在还原酶之一的“漆酶”的研究中取得的成果在日本领先。其不释放会伤害电极的有害活性氧,同时具有高效还原氧气的特性,这是延长电池寿命和提高输出功率的关键。

片冈教授在正极侧的还原酶“漆酶”的研究中取得成果

片冈教授表示:“漆酶是一种含有多个铜原子的蓝色酶,可从用于“轮岛涂”漆器(译者注:日本的漆器工艺,1977年被日本政府指定为国家重要无形文化财)等的涂漆中提取”。该研究室在这种酶的制造和基因重组上具备出色的技术优势,并已获得多项专利。此外,还正与京都大学进行联合研究。

实验证实,该生物电池在高达0.8V的电压下已保持稳定输出超过半年。一同进行研究的樱井武名誉教授预测:“由于血液中含有葡萄糖和氧气,因此有望代替干电池和纽扣电池用作心脏起搏器等。”

片冈教授还表示,“在成本等方面仍存在问题,且目前可以应用的领域有限”,“酶还原氧气的机理仍然存在很多谜团。若能解开这些谜团,应用范围将会进一步扩大”。

“微生物燃料电池”可以利用污水中的有机物作为燃料来发电。金泽工业大学的土佐光司教授认为,其可以同时实现发电和水净化的“一石二鸟”的效果,并计划未来应用于污水处理厂。

“地杆菌属”等微生物广泛存在于土壤中,由于其在分解污水中的有机物时会产生电子,因此被称为“发电微生物”。在微生物燃料电池中,其起到催化剂的作用,通过将电子转移到负极侧来发电。

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