क्या एक खाद्य शक्ति स्रोत या एक अजैविक ईंधन सेल के संचालन का सिद्धांत बनाना संभव है। भाग 1: सिद्धांत

इंटरनेट पर नींबू आदि से "खाद्य" बैटरी बनाने के कई निर्देश हैं। लेकिन इस तरह के उपकरणों की संगतता प्रश्न में है, चूंकि इलेक्ट्रोड, एक नियम के रूप में, धातु की प्लेटें (आमतौर पर जस्ता और तांबा) हैं, और केवल इलेक्ट्रोलाइट, जिसमें से नींबू की भूमिका है, खाद्य है। हाल ही में, मैंने खुद से पूछा, क्या पूरी तरह से खाने योग्य बैटरी बनाना संभव है?

मैं तुरंत समझाता हूं कि बैटरी बायोकंपैटिबल लोगों से नहीं होनी चाहिए, बल्कि खाद्य घटकों से होनी चाहिए। बेशक, सक्रिय कार्बन से एक खाद्य सुपरकैपेसिटर बनाना आसान होगा , लेकिन, जैसा कि आप जानते हैं, बैटरी की तुलना में सुपरकैपेसिटर की ऊर्जा खपत बहुत कम है।

इस तरह के विचार की मुख्य कठिनाई उपयुक्त इलेक्ट्रोड / वर्तमान कलेक्टरों को ढूंढना है। सबसे पहले, यह आवश्यक है कि खाद्य पदार्थ में अच्छी चालकता हो और दूसरा, यह विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग ले सके। और सबसे पहली बात जो मन में आती है जब आप खाद्य कंडक्टरों के बारे में सोचते हैं तो भोजन डाई E174 और E175 हैं, वे भी खाद्य सोने और चांदी हैं। लेकिन क्या विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं में इन सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है अगर वे वोल्टेज की एक विद्युत श्रृंखला में एक दूसरे के करीब हैं? लेकिन यहां हमें यह याद रखना चाहिए कि सोने और चांदी में इलेक्ट्रोकालिटिक गतिविधि होती है। विद्युत ऊर्जा आपूर्ति में उत्प्रेरक का उपयोग कहां किया जाता है? ईंधन कोशिकाओं में!

ईंधन सेल कैसे काम करता है? अन्य विद्युत ऊर्जा स्रोतों की तरह, ईंधन कोशिकाओं में एक इलेक्ट्रोलाइट में डूबे दो इलेक्ट्रोड होते हैं। लेकिन बैटरी और सुपरकैपेसिटर के विपरीत, ये इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री नहीं हैं, लेकिन उत्प्रेरक हैं, जिस पर "ईंधन" का ऑक्सीकरण होता है, जो बाहर से आपूर्ति की जाती है, और ऑक्सीडाइज़र की कमी होती है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन ईंधन सेल के क्लासिक उदाहरण में, ईंधन हाइड्रोजन है, और ऑक्सीकरण एजेंट ऑक्सीजन है। वैसे, अन्य विद्युत ऊर्जा स्रोतों की तुलना में, उदाहरण के लिए, बैटरी और सुपरकैपेसिटर, ईंधन सेल सबसे अधिक ऊर्जा-गहन हैं, क्योंकि वे काम करते हैं जबकि अभिकर्मकों को इलेक्ट्रोडों को आपूर्ति की जाती है। लेकिन उनका नुकसान कम बिजली है, जो विद्युत प्रतिक्रियाओं की गति और इलेक्ट्रोड को ईंधन और ऑक्सीडाइज़र की आपूर्ति की गति से सीमित है।

लेकिन एक खाद्य ईंधन सेल के विचार पर वापस। यदि हवा से ऑक्सीजन एक ऑक्सीकरण एजेंट की भूमिका निभा सकता है, तो खाद्य ईंधन के रूप में क्या इस्तेमाल किया जा सकता है? वैज्ञानिक साहित्य में ईंधन सेल विकल्पों की खोज के बाद, मैं एक दिलचस्प समाधान के साथ आया। यह पता चला है कि साधारण ग्लूकोज का उपयोग ईंधन के रूप में किया जा सकता है, और इस प्रकार के उपकरण को एक अजैविक ईंधन सेल कहा जाता है ।

ऐसी कोशिकाओं का वोल्टेज आमतौर पर 0.5 V से कम होता है, वर्तमान में प्रति वर्ग सेंटीमीटर इलेक्ट्रोड में दसियों माइक्रोएम्प्स की एक जोड़ी है, इसलिए फोन को इस तरह के उपकरण से चार्ज नहीं किया जा सकता है, लेकिन फिलहाल बायोमेडिकल माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम (बायोमेम्स) में बैटरी के उपयोग के लिए एबियोटिक ईंधन सेल विकसित किए जा रहे हैं, जिन्हें प्रत्यारोपित किया जाना है। मानव शरीर में। क्यों "अजैविक"? लेकिन तथ्य यह है कि कई प्रकार के ईंधन कोशिकाएं हैं जो ग्लूकोज का उपयोग ईंधन के रूप में करते हैं: एंजाइमेटिक, माइक्रोबियल और अजैविक। एंजाइम युक्त ईंधन कोशिकाएं ग्लूकोज को ऑक्सीकरण करने के लिए पृथक एंजाइम का उपयोग करती हैं। लेकिन समस्या यह है कि एंजाइम जल्दी से निष्क्रिय हो जाते हैं, और इस तरह के सिस्टम आमतौर पर जल्दी से बिजली खो देते हैं, जो प्रत्यारोपण योग्य प्रणालियों के लिए एक बड़ी समस्या है। माइक्रोबियल ईंधन कोशिकाएं, बदले में,सूक्ष्मजीवों का उपयोग करें, जो संक्रमण के जोखिमों के कारण मौखिक उपयोग के लिए भी अव्यावहारिक है। ऊपर वर्णित प्रणालियों के विपरीत, ग्लूकोज प्रसंस्करण के लिए अजैविक ईंधन कोशिकाएं जीवित जीवों या बायोमोलेक्यूलस का उपयोग नहीं करती हैं, लेकिन महान धातुएं।

इस तरह के उपकरण का आदर्श डिजाइन निम्नानुसार है: दो धातु उत्प्रेरक एक ग्लूकोज समाधान में डूबे हुए हैं, जिसमें भंग ऑक्सीजन भी मौजूद है। इस मामले में, इलेक्ट्रोड में से एक ग्लूकोज के ऑक्सीकरण के लिए एक चयनात्मक उत्प्रेरक है, और दूसरा ऑक्सीजन की कमी के लिए। यही है, एक खाद्य ईंधन सेल सैद्धांतिक रूप से खाद्य सोने के साथ एक तरफ लेपित मीठी जेली के रूप में बनाया जा सकता है, जो ग्लूकोज को ऑक्सीकरण करेगा, और दूसरी तरफ, चांदी, ऑक्सीजन को कम करेगा। लेकिन क्या ऐसा डिवाइस काम करेगा?

और यहां हमें एक खाद्य ईंधन सेल बनाने में दूसरी कठिनाई का सामना करना पड़ रहा है: अधिकांश कीमती धातुओं में ग्लूकोज ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन की कमी दोनों के लिए उत्प्रेरक गतिविधि है। यही है, भले ही चांदी ग्लूकोज के लिए "संवेदनशील" कम हो और ऑक्सीजन की कमी के लिए बेहतर उत्प्रेरक गतिविधि हो, हमारे सेल का वोल्टेज 0.5 वी से कम होगा, क्योंकि ऑक्सीजन की कमी की प्रतिक्रिया एनोड और कैथोड के समानांतर होगी।

सामान्य तौर पर, मैं व्यवहार में इन सैद्धांतिक विचारों का परीक्षण करना चाहूंगा, इसलिए निम्न पोस्ट घर पर एक खाद्य अजैविक ईंधन सेल के निर्माण के प्रयासों का वर्णन करेंगे।

Source: https://habr.com/ru/post/hi398091/