揭秘新型生物电池：汗水也可以发电

汗水可以发电

来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究者研制出了一种新型传感器，它使用起来就像一个文身贴纸，可以监测人在运动过程中产生的乳酸，并利用汗液产生能量。研究团队将在当地时间8月14日举行的第248届美国化学学会年度会议和博览会（NationalMeeting&ExpositionoftheAmericanChemicalSociety）上展示这一设备。

一般来说，运动越剧烈，身体产生的乳酸就越多。在剧烈运动时，身体需要产生更多能量，因此会激活糖酵解代谢途径。而该过程的代谢产物除能量外，还有乳酸。职业运动员可以通过在体能测试中监测血液中的乳酸水平，来评估自己的健身和训练计划。另外，医生们也通过检测病人在运动中的乳酸水平，来进行疾病诊断，例如心脏病或肺病。目前，乳酸检测不但不方便，而且会干扰测试过程，因为血液样本必须要在运动过程中的不同时间点采集，然后进行分析处理。

美国加州大学圣地亚哥分校的贾文昭（WenzhaoJia）和同事们发明了一种可以在运动过程中，更快速、容易和舒适地检测乳酸水平的方法。他们将一个柔软的乳糖传感器压印在纹身贴纸上，传感器中含有一种酶，可以从乳酸分子中夺取电子从而产生弱电流为设备供电。研究者把纹身贴纸贴在了10个健康志愿者的上臂，然后让他们在健身车上进行30分钟阻力不断增大的运动，同时测量设备产生的电流。这样，研究者们就能够在运动强度不断改变的情况下，持续监测汗液中的乳酸水平。

随后，研究团队又利用这些研究结果制造了一个由汗液驱动的生物电池。电池阳极上附着的酶可以乳酸分子中夺取电子，然后将电子传递到阴极上附着的电子受体上，从而产生电流。研究者让15名志愿者佩戴文身生物电池在健身车上进行运动。有意思的是，身体不那么强壮的人（运动频率低于每周1次）要比那些较强壮的人（每周锻炼1-3次）产生的能量要多，而每周运动多于三次的人产生的能量最少。研究者认为这很有可能是因为，身体较弱的人会更快感到疲劳，使得糖酵解反应更早启动，因此产生了更多乳酸。

贾博士指出：“目前这个装置产生的电流还很微弱，但是我们正在研究加强电流的方法，希望最终可以达到驱动小型电子设备的水平。现在我们获得的最大能量是每平方厘米皮肤70微瓦，但是我们使用的电极只有2毫米×3毫米，所以只能产生约4微瓦的能量，这对于需要至少10微瓦才能驱动的手表来说也还太低。因此除了获得更高的能量，还需要让装置能够储存产生的电流，从而提高工作效率。”实验室负责人约瑟夫·王（JosephWang）说：“这个设备是表皮电化学生物感应和生物燃料电池相结合的首例，这种结合在未来具有很大的应用潜力。”

糖可转化为电流

目前，科学家最新研究表明，一种糖生物电池概念可以完全将糖中的化学能量转变为电流。

这项最新研究报告发表在《自然通讯》杂志上，糖生物电池的能量存储密度大约是596安培-时/公斤(A-h/kg)，相比之下，锂离子电池的能量存储密度为42安培-时/公斤。这意味着糖生物电池比同等重量的现有锂离子电池持续使用至少10倍时间。

糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC)，是一种发电生物化学设备，能够将糖原和淀粉中的化学能量转变成为电流。同时，酶催化燃料电池使用传统燃料电池相同的工作原理，它们使用酶代替贵金属催化剂来氧化它们的燃料。酶可以使用更复杂的燃料，例如：葡萄糖，同时，更复杂的燃料可使酶催化燃料电池具有更强的能量密度。

例如：合成已糖，在接近完全氧化作用下，每个葡萄糖分子可释放24个电子，然而，传统燃料电池中使用的氢分子，氧化作用下只释放2个电子。

Cell-FreeBioInnovations公司资深科学家朱智光(音译)称，我们研究小组并不是最早建议使用糖作为生物电池的燃料，然而，我们却是首次证实糖生物电池完全氧化过程能够将化学能量转变为电流。

纸发电

2007年日本索尼公司展示了一款使用“生物电池”的随身听产品，这采用一种“有机”电池，通过“消化”食物来获得电能，就像人一样。不过最近该公司又展示了一款更加使用的新颖产品：一款能够“消化”废纸并将其转化为能源的电池。

这款产品的原型出现在了今年的东京“环保产品-2011”展会上，它向人们展示了如何可以利用一种特殊的，可以分解废纸成分的酶处理这些废弃物并将其转化为能源的方法。在展会演示中，这种生物电池产生的电能成功地驱动了一台微型风扇。

这种过程和传统意义上的电池不同，至少在最初的一段过程中，它更像是一个消化系统。它采用的酶是木纤维质酵素，它可以将纸张中的纤维素分解为葡萄糖，而这正是索尼的这款电池可以将其转化为能源的原料物质。

现在索尼公司的这款电池竟然已经可以做到这样的程度，它的厚度可以做到非常非常薄。在展会上索尼甚至展示了一款内置有这种电池的贺卡。它使用蔬菜汁作为“燃料”，产生的电能可以驱动贺卡内部的音响设备播放音乐。不过尽管如此，目前这种生物电池的发电量仍然非常有限。

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