Биобатарея

В этой статье есть несколько проблем. Помогите улучшить ее или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти сообщения ) Эту статью , возможно, придется переписать, чтобы она соответствовала стандартам качества Википедии , поскольку она читается как школьное сочинение, и должна быть основана на вторичной ссылке.Вы можете помочь. Страница обсуждения может содержать предложения. ( Апрель 2018 ) Данная научная статья нуждается в дополнительных ссылках на вторичные или третичные источники .Помогите добавить источники, такие как обзорные статьи, монографии или учебники. Пожалуйста, также установите релевантность для любых цитируемых основных исследовательских статей . Не имеющие источников или плохо обеспеченные источники могут быть оспорены и удалены. ( Апрель 2018 )( Узнайте, как и когда удалить это сообщение ) Вводный раздел этой статьи может оказаться слишком коротким, чтобы адекватно изложить основные положения .Пожалуйста, рассмотрите возможность расширения лида, чтобы предоставить доступный обзор всех важных аспектов статьи. ( Декабрь 2022 ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение )

Биобатарея — это устройство для хранения энергии, работающее на органических соединениях . Хотя батареи никогда не продавались в коммерческих целях, они все еще проходят испытания, и несколько исследовательских групп и инженеров работают над дальнейшим развитием этих батарей.

Как и любая батарея, биобатареи состоят из анода , катода , сепаратора и электролита , причем каждый компонент накладывается друг на друга. Аноды и катоды — это положительные и отрицательные области на батарее, которые позволяют электронам входить и выходить. Анод расположен в верхней части батареи, а катод — в нижней части батареи. Аноды позволяют обычному току входить снаружи батареи, тогда как катоды позволяют обычному току выходить из батареи. Поскольку обычный ток противоположен потоку электронов, это означает, что катоды позволяют электронам входить в батарею, а аноды — выходить из батареи.

Между анодом и катодом находится электролит, который содержит сепаратор. Основная функция сепаратора — держать катод и анод разделенными, чтобы избежать электрических коротких замыканий. Эта система в целом позволяет потоку протонов ( ) и электронов ( ), что в конечном итоге генерирует электричество. ^[1]${\displaystyle {\ce {H+}}}$${\displaystyle {\ce {e-}}}$

На аноде сахар окисляется, образуя как электроны, так и протоны.

Глюкоза → Глюконолактон + 2H ⁺ + 2e ⁻

Эти электроны и протоны теперь играют важную роль в высвобождении накопленной химической энергии. Электроны перемещаются с поверхности анода через внешнюю цепь, чтобы попасть на катод. ^[2] С другой стороны, протоны переносятся через электролит через сепаратор на катодную сторону батареи. ^[1]

Затем катод осуществляет восстановительную полуреакцию, объединяя протоны и электроны с добавлением газообразного кислорода для получения воды.

О ₂ + 4H ⁺ + 4e ⁻ → 2H ₂ О

Существует интерес к использованию бактерий для генерации и хранения электроэнергии. В 2013 году исследователи обнаружили, что E. coli является хорошим кандидатом на роль живой биобатареи, поскольку ее метаболизм может в достаточной степени преобразовывать глюкозу в энергию, таким образом, вырабатывая электричество. ^[3] Благодаря комбинации различных генов можно оптимизировать эффективное производство электричества организмом. Бактериальные биобатареи имеют большой потенциал в том, что они могут генерировать электричество, а не только хранить его, а также в том, что они могут содержать менее токсичные или едкие вещества, чем соляная кислота и серная кислота .

Еще одна интересная бактерия — недавно ^{[ когда? ]} обнаруженная бактерия Shewanella oneidensis , получившая название «электрическая бактерия», которая может восстанавливать токсичные ионы марганца и превращать их в пищу. ^[4] В процессе она также генерирует электрический ток, и этот ток передается по крошечным проводам, сделанным из бактериальных придатков, называемых бактериальными нанопроводами. Эта сеть бактерий и взаимосвязанных проводов создает огромную бактериальную биоцепь, непохожую ни на что ранее известное науке. Помимо генерации электричества она также обладает способностью хранить электрический заряд. ^[5]

В 2015 году исследователи показали, что бактерии, окисляющие и восстанавливающие железо, могут загружать электроны на наночастицы магнетита и высвобождать их. В ходе их исследований совместные культуры бактерий, восстанавливающих и окисляющих железо, подвергались воздействию циклов день-ночь. При воздействии света фототрофные бактерии, окисляющие Fe(II), Rhodopseudomonas palustris , смогли удалить электроны из магнетита, тем самым разряжая его. В темноте анаэробные бактерии, восстанавливающие Fe(III), Geobacter sexualreducens смогли обратить процесс вспять, возвращая электроны на магнетит, тем самым перезаряжая его. ^{[6] [7]} Исследователи пришли к выводу, что ионы железа в минералах магнетита биодоступны как поглотители и источники электронов в различных условиях окружающей среды и могут эффективно функционировать как естественная батарея. ^[6]

Хотя биобатареи еще не готовы к коммерческой продаже, несколько исследовательских групп и инженеров работают над дальнейшим развитием этих батарей. ^[8] Sony создала биобатарею, которая обеспечивает выходную мощность 50 мВт (милливатт). Этой выходной мощности достаточно для питания примерно одного MP3-плеера. ^[1] В ближайшие годы Sony планирует вывести биобатареи на рынок, начав с игрушек и устройств, требующих небольшого количества энергии. ^[9] Несколько других исследовательских учреждений, таких как Стэнфорд и Северо-Восточный, также находятся в процессе исследования и экспериментов с биобатареями в качестве альтернативного источника энергии. Поскольку в крови человека есть глюкоза, некоторые исследовательские учреждения также изучают медицинские преимущества биобатарей и их возможные функции в организме человека. Хотя это еще предстоит проверить, исследования продолжаются по теме, касающейся как материала/устройства, так и медицинского использования биобатарей.

Этот раздел содержит рекламный контент . Помогите улучшить его, удалив рекламный язык и неуместные внешние ссылки , а также добавив энциклопедический текст, написанный с нейтральной точки зрения . ( Декабрь 2022 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение )

Ниже приведены преимущества биобатарей: • Они позволяют производить мгновенную перезарядку по сравнению со всеми другими батареями. • Эти батареи поддерживают зарядку с помощью непрерывной подачи глюкозы или сахара. Им не требуется внешний источник питания. • Их можно изготовить с использованием легкодоступного топлива. • Они имеют высокую плотность энергии. • Их можно легко использовать при комнатной температуре. • Гибкий бумажный прототип используется в качестве имплантируемого источника питания. • Они используются в качестве чистого альтернативного возобновляемого источника энергии, поскольку являются источником нетоксичного и негорючего топлива. • Они не вызывают взрывов. Следовательно, они безопасны в использовании. • Они не вызывают утечек. ^[8]

По сравнению с обычными батареями, такими как литиевые батареи, биобатареи с меньшей вероятностью сохранят большую часть своей энергии. ^[9] Это вызывает проблему, когда дело доходит до долгосрочного использования и хранения энергии для этих батарей. Тем не менее, исследователи продолжают разрабатывать батарею, чтобы сделать ее более практичной заменой для текущих батарей и источников энергии. ^[9]