生物燃料電池

生物燃料電池是以有機物為燃料，直接 或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池。

由於全球化石能源短缺及化石能源在開採使用過程中會對環境造成一定危害，尋求新型可再生能源已引起全世界的廣泛關注。燃料電池是在金屬催化劑的作用下將燃料(氫氣、甲醇等)和氧化劑（通常是氧氣）的化學能，按照電化學的方式直接轉化成電能的裝置。與傳統的能源相比，燃料電池在反應過程中不涉及燃燒，因而能量轉換不受卡諾循環的限制，具有高效、潔淨、環境友好的顯著特點，是21世紀首選的潔淨高效發電技術，是繼水力、火力、原子能三種發電方式之後的“第四種發電方式”，備受廣大研究者們的關注。生物燃料電池是一種以生物催化劑代替傳統的金屬催化劑的一種特殊的燃料電池，被認為是一種新型的綠色能源。 ^[1] 

①燃料來源廣泛：乙醇、葡萄糖是典型的生物燃料電池燃料，生物燃料電池還可以利用一般燃料電池不能利用的各種有機物、無機物及微生物呼吸的代謝的產物、發酵的產物、光合作用甚至污水等作為燃料；

②反應條件温和：由於使用酶或微生物作為催化劑，一般只要求在近中性的常温、常壓條件下反應，易於操作，控制和維護；

③生物相容性好：由於可以利用人體血液中的葡萄糖和氧氣作燃料，一旦開發成功，便能方便的為植入人體的一些人造器官提供電能；

④催化劑類型多種多樣：生物燃料電池中採取的催化劑主要有三類：微生物、細胞器和酶。另外一些非酶的蛋白質也可以用作催化劑。 ^[1] 

生物燃料電池按催化劑類型可以分為微生物燃料電池和酶型生物燃料電池：

1、微生物燃料電池(MicrobialFuelCells)：指利用整個微生物細胞作催化劑，依靠合適的電子傳遞媒介體在生物組分和電極之間進行有效的電子傳遞。

2、酶型生物燃料電池（EnzymaticBiofuleCells）是用酶作為生物催化劑，通過生物電化學途徑，把燃料中的化學能轉化為電能的裝置。生物燃料電池按電子傳遞方式可以分為直接生物燃料電池和間接生物燃料電池。

3、直接生物燃料電池(DirectBiofuelCells)：燃料在電極上反應，電子從燃料分子直接轉移到電極上，生物催化劑的作用是催化燃料在電極表面上的反應。

4、間接生物燃料電池(IndirectBiofuelCells)：燃料不在電極上反應，而在電解液中或其他地方反應，電子則由具有氧化還原活性的媒介體運載到電極上去。 ^[1] 

生物燃料電池作為一種能源轉化和供應裝置，自身的特點決定其具有獨特的應用，這些應用主要體現在兩個領域：

第一個方面，生物燃料電池在生物學和臨牀醫學等方面的研究具有非常重要的意義。生物燃料電池可以作為植入式體內電源，生物燃料電池可以利用內源性物質如乳酸、維生素C、葡萄糖等作為燃料，這些物質大量存在於人體或動物體內。生物燃料電池作為植入式體內電源把這些物質轉化為電能，作為人或動物內植電源，如為血管納米機器人、心臟起搏器、人造心臟等提供電能。

第二個方面，生物燃料電池在生物質能的利用方面也具有很重要的意義，作為便攜式充電電源，生物燃料電池可以廣泛應用於生物芯片，筆記本電腦，手機，數碼產品等。隨着大屏幕手機及各種電子產品的盛行，人們對便攜式充電電源的需求將會越來越大，生物燃料電池具有燃料來源廣泛，易於儲存，方便更換，清潔無污染等優點決定它在這個領域的應用有着潛在的優勢和巨大的市場。 ^[1] 

影響生物燃料電池性能的主要因素有：

燃料氧化速率；電子由催化劑到電極的傳遞速率；迴路的電阻；質子通過膜傳遞到陰極的速率以及陰極上的還原速率。由於生物催化的高效性燃料氧化速率並非整個過程的速率控制步驟。因微生物的細胞膜或酶蛋白質的非活性部分對電子傳遞造成很大阻力電子由催化劑到電極的傳遞速率決定整個過程的快慢。目前提高電子傳遞速率的方法主要有采用氧化還原分子作介體，通過導電聚合物膜連接酶催化劑與電極等。另外為了提高質子傳遞速率和縮小電池體積無隔膜無介體的生物燃料電池也成為研究熱點。 ^[2]