Apakah mungkin untuk membuat sumber daya yang dapat dimakan atau prinsip operasi sel bahan bakar abiotik. Bagian 1: Teori

Di Internet ada banyak instruksi tentang cara membuat baterai "dapat dimakan" dari lemon, dll. Tetapi kelayakan perangkat tersebut dipertanyakan, karena elektroda, pada umumnya, adalah pelat logam (biasanya seng dan tembaga), dan hanya elektrolit, yang perannya adalah lemon, yang dapat dimakan. Baru-baru ini, saya bertanya pada diri sendiri, apakah mungkin untuk membuat baterai yang sepenuhnya dapat dimakan?

Saya akan segera menjelaskan bahwa baterai tidak boleh dari yang biokompatibel, tetapi dari komponen yang dapat dimakan. Tentu saja, akan mudah untuk membuat super kapasitor yang dapat dimakan dari karbon aktif, tetapi, seperti yang Anda tahu, konsumsi energi superkapasitor sangat rendah dibandingkan dengan baterai.

Kesulitan utama dari gagasan semacam itu adalah menemukan elektroda / pengumpul arus yang sesuai. Pertama, perlu bahwa bahan yang dapat dimakan memiliki konduktivitas yang baik, dan kedua, itu dapat berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia. Dan hal pertama yang terlintas dalam pikiran ketika Anda berpikir tentang konduktor dimakan adalah pewarna makanan E174 dan E175, mereka juga makanan emas dan perak. Tetapi dalam reaksi elektrokimia apa bahan-bahan ini dapat digunakan jika mereka berdekatan satu sama lain dalam rangkaian tegangan elektrokimia? Tetapi di sini kita harus ingat bahwa emas dan perak memiliki aktivitas elektrokatalitik. Di mana katalis digunakan dalam pasokan listrik elektrokimia? Dalam sel bahan bakar!

Bagaimana cara kerja sel bahan bakar? Seperti sumber daya elektrokimia lainnya, sel bahan bakar memiliki dua elektroda yang direndam dalam elektrolit. Tetapi tidak seperti baterai dan super kapasitor, elektroda-elektroda ini bukan bahan aktif, tetapi katalis di mana oksidasi "bahan bakar", yang dipasok dari luar, dan terjadi pengurangan oksidator. Misalnya, dalam contoh klasik sel bahan bakar hidrogen, bahan bakarnya adalah hidrogen, dan zat pengoksidasi adalah oksigen. Omong-omong, dibandingkan dengan sumber daya elektrokimia lainnya, misalnya, baterai dan super kapasitor, sel bahan bakar adalah yang paling intensif energi, karena mereka bekerja sementara reagen dipasok ke elektroda. Tetapi kerugiannya adalah daya yang rendah, dibatasi oleh kecepatan reaksi elektrokimia dan kecepatan pasokan bahan bakar dan oksidator ke elektroda.

Tapi kembali ke ide sel bahan bakar yang bisa dimakan. Jika oksigen dari udara dapat berperan sebagai agen pengoksidasi, lalu apa yang bisa digunakan sebagai bahan bakar yang bisa dimakan? Setelah mencari opsi sel bahan bakar dalam literatur ilmiah, saya menemukan solusi yang menarik. Ternyata glukosa biasa dapat digunakan dalam bentuk bahan bakar, dan perangkat jenis ini disebut sel bahan bakar abiotik .

Tegangan sel-sel tersebut biasanya kurang dari 0,5 V, saat ini adalah beberapa puluhan mikroamp per sentimeter persegi elektroda, sehingga ponsel tidak dapat diisi dengan perangkat seperti itu, tetapi pada saat ini sel bahan bakar abiotik sedang dikembangkan untuk digunakan sebagai baterai dalam sistem biomedis mikroelektromekanik (BioMEMS) yang harus ditanamkan. ke dalam tubuh manusia. Kenapa "abiotik"? Tetapi kenyataannya adalah bahwa ada beberapa jenis sel bahan bakar yang menggunakan glukosa dalam bentuk bahan bakar: enzimatik, mikroba dan abiotik. Sel bahan bakar enzimatik menggunakan enzim terisolasi untuk mengoksidasi glukosa. Tetapi masalahnya adalah bahwa enzim dengan cepat dinonaktifkan, dan sistem seperti itu biasanya dengan cepat kehilangan daya, yang merupakan masalah besar untuk sistem implan. Sel bahan bakar mikroba, pada gilirannya,menggunakan mikroorganisme, yang juga tidak praktis untuk penggunaan oral karena risiko infeksi. Berbeda dengan sistem yang dijelaskan di atas, sel bahan bakar abiotik untuk pemrosesan glukosa tidak menggunakan organisme hidup atau biomolekul, tetapi logam mulia.

Desain ideal alat tersebut adalah sebagai berikut: dua katalis logam direndam dalam larutan glukosa, di mana oksigen terlarut juga ada. Dalam hal ini, salah satu elektroda adalah katalis selektif untuk oksidasi glukosa, dan yang lainnya untuk reduksi oksigen. Artinya, sel bahan bakar yang dapat dimakan secara teoritis dapat dibuat dalam bentuk jeli manis yang dilapisi di satu sisi dengan makanan emas, yang akan mengoksidasi glukosa, dan di sisi lain, perak, mengurangi oksigen. Tetapi apakah alat seperti itu akan berfungsi?

Dan di sini kita dihadapkan dengan kesulitan kedua dalam menciptakan sel bahan bakar yang dapat dimakan: kebanyakan logam mulia memiliki aktivitas katalitik baik untuk oksidasi glukosa dan pengurangan oksigen. Yaitu, bahkan jika perak kurang "sensitif" terhadap glukosa dan memiliki aktivitas katalitik yang lebih baik untuk pengurangan oksigen, tegangan sel kita akan kurang dari 0,5 V, karena reaksi reduksi oksigen akan sejajar dengan anoda dan katoda.

Secara umum, saya ingin menguji pertimbangan teoretis ini dalam praktik, sehingga tulisan berikut akan menjelaskan upaya untuk membangun sel bahan bakar abiotik yang dapat dimakan di rumah.

Source: https://habr.com/ru/post/id398091/