1. 什麼是生物電池,它有哪些優勢
隨著科學技術的發展,人們利用樹葉、核桃殼、玉米芯、垃圾、鋸末等廢物為「燃料」,用來製造電池,這類電池叫生物電池。和普通電池相比,生物電池有很多優點,它不僅結構簡單,工作可靠,不放熱,不損壞電路板,成本低,而且沒有雜訊,不污染環境,也不易失火和爆炸。
現在,一些海上信號燈、航標燈和海州塵鏈上無線電設備已經使用由細菌、海水等有機物發電的生物電池。用生物電池作動力的模型船,也已經在大海中航行了。有人設想把整個海洋作為一個巨大的生物電池,在海洋上建立起電力工業基地。
還有人設想,將生物電池作為一種電力來源,在宇宙飛船上使用。大家知道,載人宇宙飛船在太空中航行時,宇航員生活在一個封閉的環境中,如果在飛船中設計建立一個物質轉變的閉合循環系統,就可以將宇宙航兄世行中代謝、排出的二氧化碳、尿、糞轉化成可以利用的氧氣、水和食物。要實現飛船內的物質循環,生物電池是必不可少的。美國科學家經過實驗,已在發射的「雙子星座」和「阿波羅」號宇宙飛船上使用了生物電池。生物電池釋放出電能,用於通信和控制宇宙飛船,使飛船內實現物質循環。飛船沒有什麼廢物可丟棄,就可以輕裝前進,飛向神秘的太空深處。能發電的綠葉
植物的綠葉,被人們稱為「綠色的工廠」。如果把植物的葉子做成切片,放在顯微鏡下觀察,就會發現裡面有許多葉肉細胞。有人稱這些葉肉細胞為生產車間。每個細胞中含有20~100個綠色的小顆粒,這就是葉綠體。葉綠體在陽光的照射下,不斷地利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水,製造自己需要的養料,同時放出氧氣,這個過程叫光合作用。
葉子的光合作用,實際上是通過一系列電子傳遞來實現的。如果在電子傳遞過程中,將產生的電子取出,就可形成電流。既然葉綠體吸收了光,會放出電來,那麼,能不能用葉綠體來發電呢?
科學家將從菠菜葉內提冊孫取的葉綠體與卵磷脂混合,塗在透明的氧化錫結晶片上,用它作為正極安裝在透明電池中,在陽光下就會產生電流。這種電池能將30%的太陽能轉換成電能,而目前普通太陽能電池卻只有10%的能量轉換率。科學家認為,葉綠體發電大有前途。一旦取得成功,人們只要在房子頂上覆蓋一層葉綠體,不管是晴天還是陰天,一年四季就都能利用太陽能來發電了。
2. 能捕獲太陽能的「生物」電池工作原理是什麼
美國亞利桑那州立大學湯姆·穆爾領導的一個研究小組正在名副其實地摹仿大自然:利用「生物」電池而不是電化學電池捕獲太陽能。這項計劃中利用一種叫做「脂質體」的類似電池的人造結構作為陽光的捕獲裝置。
「脂質體」實際上是摹仿葉綠判扒禪體的人造結構,自然界中的光合作用正是通過葉綠體完成的。「脂質體」與實際電池具有同樣大的體積,這種系統的核心是分子的三位一體結構:3個分子由化學鍵連接在一起,其中一個是擅長吸收太陽光子的卟啉分子,卟啉分子一旦受到光的激發,就能把電子傳送給三位一體結構中的第二個分子醌分子,醌分子再把電子傳給可以在磷脂膜內自由「往此彎返穿梭」的第三個分子。穆爾的研究小組1998年證明,掘塵「脂質體」能夠產生蛋白質動力,之後,他們又增加了一個關鍵部位,這個部件能夠使「脂質體」利用蛋白質動力推動化學反應,並利用陽光實施化學合成。穆爾的下一個目標是生產NADPH(輔酶煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸),NADPH是一個重要的能量儲存庫,這將是向研製第一片人造樹葉邁出的一大步,將來人造樹葉能為各種各樣的化學反應提供以陽光作為動力的能源。