是否有可能制造可食用的电源或非生物燃料电池的工作原理。第1部分：理论

互联网上有许多有关如何用柠檬等制成“可食用”电池的说明。但是这种设备的可食用性是有问题的，因为电极通常是金属板（通常是锌和铜），只有电解质（其作用是柠檬）才是可食用的。最近，我问自己，是否有可能制造出完全可食用的电池？

我将立即说明，该电池不应该来自生物相容性电池，而应该来自可食用成分。当然，用活性炭制造可食用的超级电容器很容易，但是，正如您所知，与电池相比，超级电容器的能耗非常低。

这种想法的主要困难是找到合适的电极/集电器。首先，食用材料必须具有良好的导电性，其次，它可以参与电化学反应。当您想到食用导体时，首先想到的是食用染料E174和E175，它们也是食用金和银。但是，如果这些材料在一系列电化学电压中彼此接近，则可以在哪些电化学反应中使用这些材料？但是这里我们必须记住，金和银具有电催化活性。电化学电源中的催化剂在哪里使用？在燃料电池中！

燃料电池如何工作？像其他电化学电源一样，燃料电池有两个浸入电解质中的电极。但是与电池和超级电容器不同，这些电极不是活性材料，而是催化剂，在其上发生从外部供应的“燃料”的氧化和氧化剂的还原。例如，在氢燃料电池的经典示例中，燃料是氢，氧化剂是氧。顺便说一下，与其他电化学电源（例如电池和超级电容器）相比，燃料电池是最耗能的，因为燃料电池在向电极提供试剂的同时就可以工作。但是它们的缺点是功率低，受到电化学反应的速度以及向电极供应燃料和氧化剂的速度的限制。

但是回到可食用燃料电池的想法。如果空气中的氧气可以起氧化剂的作用，那么什么可以用作食用燃料呢？在科学文献中寻找燃料电池选件之后，我遇到了一个有趣的解决方案。事实证明，普通葡萄糖可以以燃料的形式使用，这种类型的设备称为非生物燃料电池。

这种电池的电压通常小于0.5 V，每平方厘米电极的电流为几十微安，因此手机无法使用这种设备充电，但是目前正在开发非生物燃料电池，以用作将要植入的生物医学微机电系统（BioMEMS）中的电池进入人体。为什么是“非生物”？但是事实是，有几种类型的燃料电池以葡萄糖的形式使用葡萄糖：酶，微生物和非生物。酶燃料电池使用分离的酶来氧化葡萄糖。但是问题在于酶会迅速失活，并且此类系统通常会很快失去能量，这对于可植入系统而言是一个大问题。反过来，微生物燃料电池使用微生物，由于存在感染风险，因此口服使用也不可行。与上述系统不同，用于葡萄糖加工的非生物燃料电池不使用活生物体或生物分子，而是使用贵金属。

这种设备的理想设计如下：将两种金属催化剂浸入葡萄糖溶液中，其中还存在溶解氧。在这种情况下，一个电极是用于葡萄糖氧化的选择性催化剂，另一个是用于氧还原的选择性催化剂。也就是说，从理论上讲，可食用燃料电池可以制成果冻的形式，其一侧涂有可食用的金，可氧化葡萄糖，而在另一侧，可涂银，从而减少氧气。但是这样的设备会工作吗？

在这里，我们面临着创建可食用燃料电池的第二个困难：大多数贵金属都具有催化活性，既能氧化葡萄糖，又能还原氧气。也就是说，即使银对葡萄糖“不太敏感”并且具有更好的氧还原催化活性，我们的电池电压也将小于0.5 V，因为氧还原反应将平行于阳极和阴极。

总的来说，我想在实践中测试这些理论上的考虑，因此在以下文章中，我将讨论在家庭中构建可食用的非生物燃料电池的尝试。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398091/