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天津工生所等發表酶燃料電池綜述文章

2019-07-15 天津工業生物技術研究所
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  酶燃料電池(enzymatic fuel cells, EFCs)是一類利用氧化還原酶為催化劑的燃料電池,具有綠色、安全、高生物兼容性的特點。隨著人們對清潔、安全、高效能源的日益重視,以及可穿戴、可植入電子設備的日趨流行,EFCs受到了越來越多的關注。然而受到能量密度低、功率密度小、穩定性差和電壓低等因素的影響,EFCs仍無法被廣泛應用。

  中國科學院天津工業生物技術研究所研究員朱之光帶領的生物電化學工程研究團隊與青島大學教授劉愛驊團隊及Aix Marseille University教授Elisabeth Lojou,綜述了EFCs的工作機理和發展現狀,并探索解決上述四個限制因素的可行策略和方法。相關文章近日在國際綜述類期刊Chemical Reviews上發表。

  該綜述總結了獲得高能量密度EFCs的方法,提出通過使用多酶級聯反應能夠實現燃料的深度或完全氧化從而完全釋放能量;梳理了目前EFCs功率密度計算方法的不足,提出了綜合電極的幾何面積、比表面積、電活性面積以及重量和電池體積等因素的功率計算新方法,并系統評價了通過提高酶活性、促進電子傳遞、使用納米材料、設計更有效的酶電極界面及EFCs和(超級)電容器的耦合等方法提高EFCs功率密度的潛力;評估了酶固定化、酶的特性、防護基質以及微生物表面展示酶等方法對提高EFCs穩定性的作用;提出了優化電子中介體、電池串聯以及使用升壓變換器等提高EFCs電壓的方法。最后,文章對EFCs的最新應用進行了總結并對其未來的發展方向做出了展望。

  該工作得到國家自然科學基金(2170627321878324)、國家重點研發計劃(2018YFA0901300)的資助。天津工生所助理研究員吳冉冉為論文共同第一作者,朱之光為共同通訊作者。

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酶燃料電池及其主要問題示意圖 

打印 責任編輯:葉瑞優

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