生物電池

1、生物化學(xué)電池的研究與發(fā)展生物化學(xué)電池的研究與發(fā)展10化學(xué)五班吳健華20102401046摘要：摘要：生物體具有轉(zhuǎn)換能量最完美的體系。然而人們利用低等生物直接將光能或化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，處于發(fā)展的階段。最早英國(guó)的植物學(xué)家Potter，于1911年制成了世界上第一個(gè)簡(jiǎn)單的微生物電池，并獲得了電能，從此以后，各國(guó)科學(xué)家在這方面取得了顯著的成就。近年來，鑒于石油、天然氣等燃料的日益緊張，許多國(guó)家正在探求新的能量轉(zhuǎn)換方式，而生物化學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是其

2、中效率較高且又無公害的一種理想的方式，因而受到世界各國(guó)的青睞與重視。生物化學(xué)電池，是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是由生化反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)巧妙地配合而成的。本文主要闡述了生物電池的基本原理、主要特點(diǎn)及存在問題，對(duì)加強(qiáng)對(duì)生物電池的研究和開發(fā)，解決環(huán)境和能源問題，具有重要意義。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：生物化學(xué)電池能源環(huán)境前言：前言：傳統(tǒng)看法認(rèn)為電池可分為化學(xué)電池、濃差電池和物理電池三類。廣義的電池也包括將其他形式的能量(機(jī)械能除外)直接轉(zhuǎn)化為電能

3、的裝置，如溫差電池、太陽能電池、原子能電池等?；瘜W(xué)電池主要部分為正、負(fù)兩個(gè)電極和電解質(zhì)，其電動(dòng)勢(shì)來自化學(xué)電池中的化學(xué)反應(yīng)。使用時(shí)，把兩個(gè)電極和外電路用導(dǎo)線聯(lián)結(jié)起來，即有電流通過，稱為“放電”，從而獲得電能。常見的電池主要是指化學(xué)電池，對(duì)環(huán)境可造成極大的污染。生物電池是一種新興的，對(duì)環(huán)境友好的綠色電池。1傳統(tǒng)電池對(duì)環(huán)境的污染傳統(tǒng)電池對(duì)環(huán)境的污染由于人們生活中使用的電器越來越多，電池在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越廣泛，電池的生產(chǎn)量和消費(fèi)量是相

4、當(dāng)驚人的。據(jù)有關(guān)資料，僅僅上海市每年生產(chǎn)的干電池有3000多噸，但只回收了175噸左右，大量的廢干電池被隨地拋棄，給環(huán)境造成了污染，如不引起重視，將成為一個(gè)嚴(yán)重的污染源，對(duì)人民的健康造成極大的危害，并危及子孫后代。電池中有汞電池(鈕扣式電池。同樣可按催化劑的來源來分，可分為微生物電池及酶電池等，以下進(jìn)行介紹。2.1單步反應(yīng)型生物電池單步反應(yīng)型生物電池一切生物都靠能量維持生存，生物體所需的能量大都來自體內(nèi)糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物的氧化。生

5、物體內(nèi)的氧化和外界的燃燒在化學(xué)本質(zhì)上雖然最終產(chǎn)物都是水和二氧化碳，所釋放的能量也完全相等，但二者所進(jìn)行的方式卻大不相同。糖、脂肪、蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)徹底氧化之前，都先經(jīng)過分解代謝，在不同的分解代謝過程中都伴有代謝物的脫氫過程和輔酶NAD或FAD的還原。這些攜帶著氫離子和電子的還原型輔酶，在最終將氫離子和電子傳遞給氧時(shí)，都經(jīng)歷一段相同的過程。人們把有機(jī)分子在機(jī)體內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水并釋放能量的過程稱為生物氧化。生物氧化實(shí)際上是細(xì)胞呼吸作

6、用中的一系列氧化還原反應(yīng)。任何氧化還原物質(zhì)連在一起，都可以有氧化還原電勢(shì)產(chǎn)生。因此，生物體內(nèi)的氧化還原物質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)，基本原理和化學(xué)電池一樣，可以把生物體內(nèi)的氧化劑和還原劑做成電池。生物氧化是在體溫條件下通過酶的催化作用進(jìn)行的。酶和其他催化劑不同，能在十分溫和的條件下高效率地起催化作用。而且酶的作用具有高度的專一性，一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。因此可以在胞外通過酶模擬生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)制成生物電池。2.2多步反應(yīng)

7、型生物電池多步反應(yīng)型生物電池ATP是生物通用的能量載體，ATP的合成是依靠電子傳遞所產(chǎn)生的電化學(xué)電勢(shì)作為動(dòng)力的，這種電化學(xué)電勢(shì)就是生物體內(nèi)的“生物電池”。氧化磷酸化和光合磷酸化分別是需氧細(xì)胞或光合細(xì)胞產(chǎn)能形成ATP的主要方式，二者分別在細(xì)胞線粒體內(nèi)膜或光合膜上由多酶體系催化進(jìn)行，在結(jié)構(gòu)和機(jī)制方面具有共同性。但是線粒體內(nèi)膜形成電化學(xué)電勢(shì)的推動(dòng)力直接來源于生物氧化還原反應(yīng)，光合膜形成電化學(xué)電勢(shì)的推動(dòng)力直接來源于光能。在線粒體內(nèi)膜上發(fā)生的電子