高能电池爱“吃糖”

【2015-03-21】

      我们都知道，糖能为人体提供能量。但鲜为人知的是，糖也能为电池提供能量。近日，美国弗吉尼亚理工大学的研究小组开发出一种电池，以糖为能源提供电力，有望替代传统电池成为一种高效廉价、可充电且可生物降解的电池。

　　用糖作电池的燃料其实不是新鲜事儿。早在大约10年前，就有科学家称研制出了将糖类分子转化为电能的生物能电池。而近期发明的这种高能糖电池的能量密度更大、造价更低也更环保，且可以通过充电反复使用。

　　电池的性能可用能量密度来衡量。能量密度是指在一定空间或质量的物质中储存能量的大小。电池的能量密度就是电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。高能糖电池的发明者、弗吉尼亚理工大学副教授帕西瓦尔·张说，他们的糖电池能量密度比以往高出一个数量级，在充电之前运行的时间也更长，性能甚至可以超过目前普遍运用在手机、电脑等电子产品上的锂电池。

　　糖是如何转化为电能的呢?简言之，处在电池正极的酶将糖分解，释放出电子和氢离子，负极则通过获取空气中的氧气，在催化剂的作用下，与释放出的氢离子发生反应生成水，而电子在两极间移动便产生了电流。在这个过程中，能够分解糖的酶，与能够稳步释放电流的催化剂是必不可少的。高能糖电池利用了一系列人工合成的酶，通过人工构造的一种合成酶路径，就能从糖里获取所有的电荷势能，在一个小小的火炬蓄电池中生成电流。

　　传统电池通常是用昂贵的铂金属作催化剂，而高能糖电池用的是低成本的生物催化酶。通过一种酶流注，糖溶液中的所有电荷能够缓慢地、一步步地被释放出来。有了这些条件，糖电池就可以顺利工作了。

　　目前常用的电池中含有大量的重金属和电解质溶液，使用后如果不加以合理地回收处理，有可能污染水源和土壤，对人类的生存环境产生巨大危害。而高能糖电池不仅原料价格低廉、随处可见，还比传统的电池更加环保。它的原料主要是由淀粉部分水解而成的麦芽糊精，副产品是水，原料耗尽后只需向电池里重新注入糖即可继续使用，制造这种电池的酶和燃料还能进行生物降解。预计3年后，这种糖电池将能为手机、平板电脑、视频游戏机等大量电子器材供电。

　　从“如何让生活更加便利”到“如何让生活更加环保”的转变，体现了人类科技发展的新思路。帕西瓦尔·张表示，糖是自然界中完美的储能化合物，我们设法利用它的自然力量，以环境友好的方式来制作电池，是顺理成章的事情。虽然这种高能糖电池从实验室顺利过渡到商业化生产还面临着一系列挑战，但是，糖电池所代表的生物能电池的广阔发展前景，无疑令人兴奋和期待。