Bioakkumulátor - Biobattery

A bioakkumulátor olyan energiatároló eszköz, amelyet szerves vegyületek táplálnak , általában glükóz , például az emberi vér glükózja. Amikor az emberi szervezetben lévő enzimek lebontják a glükózt, számos elektron és proton szabadul fel. Ezért a glükóz lebontásához enzimeket használva a bioakkumulátorok közvetlenül energiát kapnak a glükózból. Ezután ezek az akkumulátorok tárolják ezt az energiát későbbi használatra. Ez a koncepció majdnem megegyezik azzal, ahogyan a növények és sok állat felhasználja az anyagcsere -reakciókból származó energiát.

Bár az akkumulátorokat még tesztelik, mielőtt kereskedelmi forgalomba kerülnének, számos kutatócsoport és mérnök dolgozik ezen elemek fejlesztésének további előmozdításán.

Működés

Mint minden akkumulátor, a bioakkumulátorok anódból , katódból , szeparátorból és elektrolitból állnak, és mindegyik komponenst egymásra rétegezik. Az anódok és katódok az akkumulátor pozitív és negatív területei, amelyek lehetővé teszik az elektronok be- és kiáramlását. Az anód az akkumulátor tetején, a katód pedig az akkumulátor alján található. Az anódok lehetővé teszik az áram beáramlását az akkumulátoron kívülről, míg a katódok lehetővé teszik az áram kiáramlását az akkumulátorból.

Az anód és a katód között az elektrolit található, amely elválasztót tartalmaz. Az elválasztó fő funkciója a katód és az anód szétválasztása, az elektromos rövidzárlat elkerülése érdekében. Ez a rendszer összességében lehetővé teszi a protonok ( ) és az elektronok ( ) áramlását, ami végül áramot termel.

Az anódon a cukor oxidálódik, és elektronokat és protonokat is termel.

Glükóz → Gluconolactone + 2H + + 2e -

Ezek az elektronok és protonok most fontos szerepet játszanak a tárolt kémiai energia felszabadításában. Az elektronok az anód felszínéről egy külső áramkörön keresztül haladva jutnak el a katódhoz. Másrészt a protonok az elektroliton keresztül az elválasztón keresztül az akkumulátor katódoldalára kerülnek.

A katód ezután redukáló félreakciót hajt végre, egyesítve a protonokat és elektronokat oxigéngáz hozzáadásával, hogy vizet termeljen.

O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

Előnyök

A bioakkumulátorok jelentős előnye a többi akkumulátorhoz képest, hogy képesek az azonnali újratöltésre. Más szóval, a folyamatos cukor- vagy glükózellátás révén a bioakkumulátorok folyamatosan töltve tudják tartani magukat külső tápegység nélkül. A bioakkumulátorok nem gyúlékony és nem mérgező üzemanyagok forrásai is. Ez tiszta alternatív megújuló energiaforrást biztosít.

Hátrányok

A hagyományos akkumulátorokhoz, például a lítium akkumulátorokhoz képest a bioakkumulátorok kevésbé valószínű, hogy megtartják energiájuk nagy részét. Ez problémát okoz, amikor az akkumulátorok hosszú távú használatáról és energia tárolásáról van szó. A kutatók azonban tovább fejlesztik az akkumulátort annak érdekében, hogy praktikusabb helyettesítője legyen a jelenlegi akkumulátoroknak és energiaforrásoknak.

Alkalmazás

Bár a bioakkumulátorok nem állnak készen a kereskedelmi értékesítésre, számos kutatócsoport és mérnök dolgozik ezen elemek fejlesztésének további előmozdításán. A Sony bioakkumulátort készített, amely 50 mW (milliwatt) kimeneti teljesítményt biztosít. Ez a kimenet elegendő egy MP3 lejátszó áramellátásához. A következő években a Sony bioakkumulátorok piacra dobását tervezi, kezdve a kis energiát igénylő játékokkal és eszközökkel. Számos más kutatóintézet, például a Stanford és az Northeastern is kutatásban és kísérletezésben van a bioakkumulátorokkal, mint alternatív energiaforrásokkal. Mivel glükóz van az emberi vérben, egyes kutatóintézetek a bioakkumulátorok egészségügyi előnyeit és az emberi szervezetben való lehetséges funkcióit is vizsgálják. Bár ezt még nem kell tovább tesztelni, a kutatás folytatódik a bioakkumulátorok anyagát/eszközét és orvosi felhasználását övező témával kapcsolatban.

Baktériumok

Érdeklődött a baktériumok felhasználása az áram előállítására és tárolására. 2013 -ban a kutatók megállapították, hogy az E. coli jó jelölt egy élő bioakkumulátorra, mert anyagcseréje kellően átalakíthatja a glükózt energiává, és így villamos energiát termelhet. A különböző gének kombinációjával optimalizálható a szervezet hatékony elektromos termelése. A bakteriális bioakkumulátorok abban rejlenek, hogy nem csak tárolnak, hanem áramot is termelnek, és kevésbé mérgező vagy maró anyagokat is tartalmazhatnak, mint a sósav és a kénsav .

Egy másik érdekes baktérium az újonnan felfedezett baktérium, a Shewanella oneidensis , amelyet „elektromos baktériumoknak” neveznek, és amely képes csökkenteni a mérgező mangánionokat és élelmiszerekké alakítani őket. A folyamat során elektromos áramot is generál, és ezt az áramot a bakteriális függelékekből álló apró vezetékek vezetik, amelyeket bakteriális nanovezetékeknek neveznek. Ez a baktériumok és egymással összekapcsolt vezetékek hálózata hatalmas bakteriális bioáramkört hoz létre, bármi más, amit a tudomány korábban ismert. A villamosenergia -termelés mellett képes az elektromos töltés tárolására is.

A tudósok kimutatták, hogy a baktériumok elektronokat tudnak felrakni a magnetit mikroszkopikus részecskéire és kisütni őket. A kutatók új kísérleteket végeztek lila baktériumokkal ( Rhodopseudomonas palustris) a baktériumoknak kitett fény mennyiségének szabályozásával. Ez a baktérium képes volt elektronokat húzni a környező környezetből. A csapat megváltoztatta a fényviszonyokat. A nap folyamán a fototróf vas-oxidáló baktériumok képesek voltak eltávolítani az elektronokat a mágnesből, amely kisül. Az éjszaka folyamán a baktériumok képesek voltak elektronokat visszahelyezni a magnetitre, és újratölteni. E folyamat során a kutatók rájöttek, hogy ezt a magnetitet fel lehet használni a mérgező fémek tisztítására. A magnetit csökkentheti a króm mérgező formáját , a króm VI -t a kevésbé mérgező krómmá (III).

Lásd még

Hivatkozások