超薄燃料电池，利用葡萄糖直接发电？

文|陈根

随着经济发展与环境、能源之间的矛盾日益突出，燃料电池因其绿色无污染、原料来源广泛、生物相容性好等特点，越来越受到人们关注。葡萄糖作为一种人体从食物中吸收的糖，不仅是身体里每个细胞的能量来源，也是具有潜在的巨大能量密度的生物质燃料。

事实上，葡萄糖燃料电池的理念并不新鲜。早在20世纪70年代，科学家就提出以这种电池为心脏起搏器供应动力。但因这种电池所使用的酶不能长久稳定发挥作用，以及锂离子电池能在单位面积内供应更强劲的能量而搁浅。

近日，麻省理工学院（MIT）和慕尼黑技术大学（the Technical University of Munich）的工程师们设计了一种新型葡萄糖动力电池，其有效解决了葡萄糖燃料电池中的问题，使得葡萄糖可以直接转化为电能。

该电池的结构与现有的燃料电池基本相同，由阳极、电解质和阴极组成。阳极与体液中的葡萄糖发生反应，产生葡萄糖酸，这一过程会释放出两个质子和两个电子。电解质带走质子，在那里它们与空气混合并变成无害的水分子。同时，电子被收集到一个电路中，在那里它们可以被用来为植入的设备供电。

值得一提的是，该电池厚度仅为 400 纳米，约为人类头发直径的 1/100。此外，其不仅弹性好，而且耐高温，能够承受高达 600 摄氏度的温度。如果将这种高耐热性集成到医疗植入物中，将会发挥令人满意的稳定性。

测试中，研究人员在硅片上制造了150个电池，将葡萄糖溶液流过它们的顶部，并测量它们的电力输出。结果显示，该电池产生了大约80毫伏的峰值电压，相当于每平方厘米约43微瓦，实现了迄今为止葡萄糖燃料电池的最高功率密度。

而且，一般情况下，葡萄糖燃料电池中的电解质是由聚合物制成的，但是在新电池中，研究人员使用了一种新材料——氧化铈，一种坚固、稳定的陶瓷，其不仅可以很好地传导质子，还有助于延长电池使用寿命。

目前，相关理论研究还处于发展阶段。未来，随着生物、电化学、材料学和环境工程等学科交叉研究的深入，相信该电池会得到更好的状态。