文|陳根

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境、能源之間的矛盾日益突出，燃料電池因其綠色無污染、原料來源廣泛、生物相容性好等特點，越來越受到人們關(guān)注。葡萄糖作為一種人體從食物中吸收的糖，不僅是身體里每個細(xì)胞的能量來源，也是具有潛在的巨大能量密度的生物質(zhì)燃料。

事實上，葡萄糖燃料電池的理念并不新鮮。早在20世紀(jì)70年代，科學(xué)家就提出以這種電池為心臟起搏器供應(yīng)動力。但因這種電池所使用的酶不能長久穩(wěn)定發(fā)揮作用，以及鋰離子電池能在單位面積內(nèi)供應(yīng)更強勁的能量而擱淺。

近日，麻省理工學(xué)院（MIT）和慕尼黑技術(shù)大學(xué)（the Technical University of Munich）的工程師們設(shè)計了一種新型葡萄糖動力電池，其有效解決了葡萄糖燃料電池中的問題，使得葡萄糖可以直接轉(zhuǎn)化為電能。

該電池的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的燃料電池基本相同，由陽極、電解質(zhì)和陰極組成。陽極與體液中的葡萄糖發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖酸，這一過程會釋放出兩個質(zhì)子和兩個電子。電解質(zhì)帶走質(zhì)子，在那里它們與空氣混合并變成無害的水分子。同時，電子被收集到一個電路中，在那里它們可以被用來為植入的設(shè)備供電。

值得一提的是，該電池厚度僅為 400 納米，約為人類頭發(fā)直徑的 1/100。此外，其不僅彈性好，而且耐高溫，能夠承受高達(dá) 600 攝氏度的溫度。如果將這種高耐熱性集成到醫(yī)療植入物中，將會發(fā)揮令人滿意的穩(wěn)定性。

測試中，研究人員在硅片上制造了150個電池，將葡萄糖溶液流過它們的頂部，并測量它們的電力輸出。結(jié)果顯示，該電池產(chǎn)生了大約80毫伏的峰值電壓，相當(dāng)于每平方厘米約43微瓦，實現(xiàn)了迄今為止葡萄糖燃料電池的最高功率密度。

而且，一般情況下，葡萄糖燃料電池中的電解質(zhì)是由聚合物制成的，但是在新電池中，研究人員使用了一種新材料——氧化鈰，一種堅固、穩(wěn)定的陶瓷，其不僅可以很好地傳導(dǎo)質(zhì)子，還有助于延長電池使用壽命。

目前，相關(guān)理論研究還處于發(fā)展階段。未來，隨著生物、電化學(xué)、材料學(xué)和環(huán)境工程等學(xué)科交叉研究的深入，相信該電池會得到更好的狀態(tài)。