東京，2007年8月23日——索尼今天宣布開發(fā)出了一種生物電池1，這種電池利用酶作為催化劑，通過活性有機體產(chǎn)生能量的原理，在碳水化合物（糖類）中生成電流。

      這種生物電池的測試電池已經(jīng)能夠實現(xiàn)50mW的能量輸出，這是被動型生物電池3的全球最高水平2。這些測試電池的輸出能量可以為閃存式Walkman播放器提供足夠電量。

      為了實現(xiàn)全球最高的能量輸入，索尼開發(fā)出了一種利用分解糖來生產(chǎn)能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了有效的固化酶和相關介質（導電材料），同時保持了陽極上酶的活性。索尼還開發(fā)出了一種新型陰極結構，可以有效地為電極供應氧，又能夠確保適當?shù)乃?。正是應用于這兩種技術的優(yōu)化電解液，實現(xiàn)了如此高水平的能量輸入。

      糖是植物通過光合作用生成的一種天然能源，因此具有再生性，在地球上的許多地區(qū)都能找到，這突顯了糖類生物電池作為將來的一種環(huán)保發(fā)電設備所具有的潛力。

      索尼將繼續(xù)開發(fā)酶固化系統(tǒng)、電極組和其他技術，進一步提高電池的能量輸出和耐久性，以使這些生物電池能夠在將來應用到實際中去。

      相關研究結果的學術論文已經(jīng)提交給了于馬薩諸塞州波士頓舉行的第234屆美國化學學會全國年會，并于2007年8月22日宣布了這些研究結果。
   
●生物電池的原理
 
 
      新研發(fā)的生物電池的陽極由嗜糖酶和介質組成，陰極由釋氧酶和介質組成，兩極都有一層玻璃紙隔離膜。陽極通過如下的酶氧化反應從糖（葡萄糖）中分解出電子和氫離子：

葡萄糖—>葡萄糖酸+ 2 H+ + 2e-

氫離子通過隔離膜流到陰極，氫離子和電子與空氣中的氧結合，生成水：

(1/2) O2 + 2 H+ + 2e- —> H2O

通過這一電化學反應過程，電子經(jīng)過外圍電路，產(chǎn)生了電。

●這種生物電池研發(fā)的主要成果

1)增強電極酶固化和介質的技術

      為有效地分解葡萄糖，陽極的酶和介質濃度必須很高，并依然具有活性。該技術使用了兩種聚合物來將這些組分附著到陽極上。兩種聚合物的電荷相反，因此在兩種聚合物之間產(chǎn)生的靜電感應可以讓酶和介質有效地附著到陽極上。為從葡萄糖中有效地分解出電子，離子平衡和固化過程被做了優(yōu)化。

2)有效結合氧的陰極結構

      陰極內的水分對確保為有效的酶促氧化作用提供最佳條件致關重要。生物電池用多孔碳作為電極，可以吸附固化酶和介質，兩個電極通過玻璃紙隔離開來。電極結構和固化過程的優(yōu)化確保了適當?shù)乃?，增強了陰極的反應性。

3) 為滿足生物電池的結構要求而進行的電極優(yōu)化

      在有關酶的研究中一般使用約0.1 M的磷酸緩沖液，不過生物電池中使用了濃度非常高的1.0 M緩沖液。這是因為人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如此高的濃度可以有效地保持電極固化酶的活性。

4) 測試電池將高能輸出和小巧外觀集為一身

      高能、小巧的生物電池的測試電池，采用三種技術制造而成。生物電池不要求葡萄糖溶液或空氣的混合或對流，因為這是一種被動性電池，只通過為電池供應糖溶液來產(chǎn)生能量。方塊狀（每邊39毫米長）的電池可以產(chǎn)生50 mW的能量，這是全球相當體積的被動型生物電池所能輸出的最高能量。連接方塊狀的電池后，它可以為閃存式Walkman (NW-E407)播放器和一對被動型喇叭（無需外部電源）提供足夠的能量。生物電池的外包裝由植物塑料（聚乳酸）制成，并設計成了生物電池的形狀。

●生物電池的技術規(guī)格

酶:葡萄糖脫氫酶和心肌酶 (陽極)
膽紅素氧化酶(陰極)
介質:維生素 K3 和輔助因子NADH (陽極)
鐵氰化鉀(陰極)
電極:多孔碳
集電器：鈦網(wǎng)
隔離膜: 玻璃紙
葡萄糖溶液：0.4 M葡萄糖加1.0 M磷酸鈣緩沖液，PH值7.0
最大輸出:連接1分鐘時1.5 mW/cm2 (0.3V, 5 mA/cm2)
OCV:0.8 V

●生物測試電池的規(guī)格：

大?。?9 (寬) x 39 (高) x 39 (長)毫米
體積：40 立方厘米 (不包括外包裝)
最大輸出：50 mW

●參考資料

1、生物電池

      利用碳水化合物、蛋白質、氨基酸、脂肪等能源，通過分解酶來發(fā)電的一種裝置。自2001年以來，索尼的研究已經(jīng)得到了日本京都大學農業(yè)研究生院應用生命科學分院Kenji Kano教授實驗室（前Tokuji Ikeda教授實驗室）的支持，該實驗室專門從事生物化學研究。這里闡述的研究結果是基于，索尼在該實驗室的先進科研活動激發(fā)下最初開展的技術開發(fā)。

2、50mW: 根據(jù)索尼的研究，這是截止2007年8月23日全球最高的能量輸出水平。

3、被動型電池

      葡萄糖和氧等反應物質通過自然擴散過程而被吸附到電極上的一種系統(tǒng)。相反，通過外力（攪動、對流）來供應反應物質的系統(tǒng)被稱為主動型系統(tǒng)?？傊?，被動型系統(tǒng)具有適合于小型化的更簡單結構，而主動型系統(tǒng)的結構更為復雜，適合于能量輸入水平更高的設備。

（本文譯自英文原稿，僅供參考）