CN102148415A - 香蕉植株电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种香蕉植株电池，其包括至少一香蕉植株、至少一第一电极和至少一第二电极。所述香蕉植株是活体植株并且包括作为电解质的有机酸。第一电极与第二电极则分别作为阳极和阴极，并且所述二电极均嵌置于香蕉植株上，并相互电连接。本发明的香蕉植株电池是长效型香蕉植株草本电池，可有效解决水果电池长期使用的效能问题。

Description

香蕉植株电池

技术领域

本发明涉及一种电池，特别是涉及一种可长效供电的香蕉植株电池。

背景技术

世界上第一个电池的发明可以追溯到公元1800年伏特(Alessandro Volta)所发明的电池堆，主要是将锌板及银板间隔排放，中间以硫酸浸泡过的布隔开，再将这堆叠了30块金属板的两端用金属线连接，就可以产生稳定的电压与电流。当变更为不同的金属板组合，或是堆叠不同数量的金属板，都会造成电压与电流的改变。由于锌电极在氧化电位表中比氢气及银电极拥有较高的氧化特性，所以在电路导通后产生氧化反应，二价锌离子便与硫酸根结合，电子则传递到银电极，配合银电极附近的氢离子进行还原反应，产生氢气，而此时的银电极并不参与反应，仅作为电子传导极板。

然而，上述伏特电池(银/锌)有严重的缺点，包括以硫酸作为电解质的高危险性、氢气在电极表面累积及氢离子的消耗等因素，都会影响电池的长期使用效能及其进一步应用。

另外，以各种水果作为“水果电池”也在近二、三十年来被广泛用来做为教学研究课题，如：柠檬、柳橙、葡萄及香瓜等，主要实施方式是在水果中插入二种电离倾向不同的金属(或称为在电解质中，金属离子化的强弱，如下表1所示)，分别作为阴、阳极，即可由自发的电化学反应发展为简易的电池系统。如果以铜与锌材质的两电极为例，铜的电离序上电位约为+0.34V、锌的电离序上电位约为-0.76V，在以柳橙水果汁液作为电解质的情形下，约可得1V左右的电压。

表1金属元素电离序表

一般来说，水果内富含水分及各种电解质，以常见的柠檬为例，其柠檬酸的含量远高于其它水果，因此配合铜、锌电极作为阴、阳极材料，就可以开发出电压约为0.9V的柠檬电池，其电池反应如下所示：

锌电极半反应：3Zn+2C₆H₈O₇→Zn₃(C₆H₅O₇)₂+6H⁺+6e^-

铜电极半反应：2H⁺+2e^-→H_2(g)

全电池反应：3Zn+2C₆H₈O₇→Zn₃(C₆H₅O₇)₂+3H_2(g)

而柠檬电池的电位容易受到电极材料的改变而产生变化，其变化幅度可从1.4V(铜/镁)至0.2V(铜/镍)。如果将柠檬变更为其它水果，因内含水分与电解质的差异，使得电池电位一样会产生变化，但其变化幅度只介于0.95V(蕃茄)到0.45V(香瓜)之间，显示出水果电池的电位与水果酸度有极为重大的关联性，让阴极半电池的电位产生变化，进而影响电池电位的表现。

然而，有别于市售的一次电池，水果电池不能作为手电筒灯泡的电源，主要原因在于其电流太小，水果内的电解质及组织状态无法提供高电流运作下，离子与电子的传输工作。此外，安全性较高的水果电池，其主要的缺点除了电流小之外，因阴极产生的氢气仍然会累积在电极表面，在水果组织无法有效排除的前提下，仍然会影响电池的长期使用效能。再者，以水果作为电池有着因电解质会渐渐地减少，而无法长时间发电的问题。因此，找寻适当的水果电池亦为值得探究的议题。

香蕉为一多年生草本单子叶植物，学名为Musa sapientumL.，属于芭蕉科(Musaceae)，芭蕉属(Eumusa)，别名金蕉、弓蕉、甘蕉、芭蕉，种类繁多，可供食用及药用，生长极快速，主要产地包括中南美洲、非洲、东南亚及亚太地区，而中南美洲地区的人称香蕉为绿黄金(Green gold)，足见其经济重要性。

发明内容

由于现有技术中存在如上所述的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种香蕉植株电池，以解决水果电池长期使用的效能问题。

根据本发明的目的，提出一种香蕉植株电池，其包含：至少一棵香蕉植株，是活体植株，每一棵香蕉植株包括作为电解质的至少一种有机酸；至少一个第一电极，作为阳极，嵌置于所述至少一棵香蕉植株上；以及至少一个第二电极，作为阴极，嵌置于所述至少一棵香蕉植株上，与所述至少一个第一电极电连接。

在所述的香蕉植株电池，其中，所述香蕉植株是芭蕉科与芭蕉属。

在香蕉植株电池，其中，所述第一电极的材料包括镁、锌或铝。

在香蕉植株电池，其中，所述第二电极的材料包括石墨、铜、银、铂或金。

在所述的香蕉植株电池，其包括多个所述第一电极和多个所述第二电极，其中，所述多个第一电极和所述多个第二电极以并联方式嵌置于同一棵香蕉植株上。

在所述的香蕉植株电池，包括多个所述香蕉植株、多个第一电极和多个第二电极，其中，所述多个第一电极和所述多个第二电极以串联方式嵌置于不同的所述香蕉植株上。

在所述的香蕉植株电池，其中，所述第一电极和所述第二电极嵌置于所述香蕉植株的假茎上。

在所述的香蕉植株电池，其中，所述第一电极通过导线与所述第二电极电连接。

在所述的香蕉植株电池，其中，所述有机酸包括科罗索酸。

在所述的香蕉植株电池，还包括：记录器，记录电压或电流。

在所述的香蕉植株电池，还包括：负载。

在的香蕉植株电池，其中，所述负载为期望供电的对象。

在所述的香蕉植株电池，其中，所述负载包括电灯、灯泡、可充电电池或马达。

如上所述，根据本发明的香蕉植株电池，其可具有一或多个下述优点：

(1)本发明的香蕉植株电池构成于持续生长的香蕉植株上，因此香蕉植株的正常生理代谢功能仍持续进行，所以在电池运作过程中，阳极所产生的有机盐将随着水分的运输管道带离电极，阴极所产生的氢气也会通过植物组织的气孔排放，不会产生电极表面盐类及气体累积的现象。因此，本发明之香蕉植株电池能长期稳定工作，达到长期使用的功能。

(2)本发明是利用整棵香蕉植株取代水果，由于用于发电的香蕉植株为活体植株，所以可以持续制造所需作为电解质的有机酸，不会面临如水果内有限的有机酸电解质、水果无法长期保存且易于腐烂损坏等问题，因此可长效供电。

(3)在节能减碳的时代需求中，以电能产生的角度思考，如何不产生二氧化碳的前提下，进行发电成为一项非常重要的革新。由于在地球上，植物是吸收二氧化碳的最大群体。因此，本发明即运用植物产生电能并加以减少地球二氧化碳的总量，将获得一举两得的功效。

(4)由于本发明的香蕉植株电池为活体植株可长效供电，因此可应用于各种供电困难的偏远地方，例如：可应用于供给侦测土石流的传感器、位于山上的通讯基地台等所需电力。

附图说明

图1是本发明的香蕉植株电池的实施例的示意图；

图2A和图2B分别是本发明的香蕉植株电池的另一实施例的示意图及其等效电路图；

图3是本发明的实验例4的连续监测香蕉植株电池一周的平均电压变化曲线图；

图4是本发明的实验例4的连续监测香蕉植株电池一周的平均电流变化曲线图；以及

图5是本发明的实验例4的连续监测香蕉植株电池一周的平均功率变化曲线图。

主要组件符号说明：1为香蕉植株电池，10为香蕉植株，11为假茎，20为第一电极，30为第二电极，40为导线，50为记录器，以及60为负载。

具体实施方式

参照图1，图1是本发明的香蕉植株电池的实施例的示意图。本发明的香蕉植株电池学名为Musa sapientumL.，属于芭蕉科(Musaceae)、芭蕉属(Eumusa)，为单子叶的大型草本植物。图中，香蕉植株电池1包括为活体植株的香蕉植株10、作为阳极的第一电极20、以及作为阴极的第二电极30。第一电极20与第二电极30嵌置于香蕉植株10的假茎11上，并通过导线40相互电连接。其中，第一电极20与第二电极30是以并联方式嵌置于同一棵香蕉植株10上，而以串联方式嵌置于不同棵的香蕉植株10上。

其中，所选用的第一电极20的材料可包括属于活性金属且不伤害环境或植物本身的镁、锌或铝，而第二电极30的材料可包括石墨或属于钝性金属的铜、银、铂或金。

请参照图2A和图2B，其分别是本发明的香蕉植株电池的另一实施例的示意图及其等效电路图。图中，香蕉植株电池2包括作为活体植株的香蕉植株10、作为阳极(负极)的第一电极20、作为阴极(正极)的第二电极30、记录器50及负载60。第一电极20与第二电极30嵌置于香蕉植株10的假茎11上，并通过导线40相互电连接。其中，记录器50可记录香蕉植株电池所产生的电压或电流，负载60为供电对象，例如电灯、灯泡、可充电电池(也称为二次电池)或马达。

实验例1：铜/锌电极

本实施例选用锌作为第一电极，而铜作为第二电极。将1支铜电极(2.0mm×60mm)及1支锌电极(2.0mm×60mm)嵌置(即插入)于同一株香蕉植株的假茎中，并使其相互电连接，可测出直流电压为1.001伏特(V)，证实本发明的香蕉植株可发电。

实验例2：金/锌电极

本实施例选用锌作为第一电极，而金作为第二电极。将1枚金币(直径14mm)及2支锌电极(1.6mm×51mm)，以与香蕉植株纵向的方式插入香蕉植株(树龄约6～8个月)的假茎中，插入深度约12mm，并使其相互电连接，且2支锌电极并联。将电压、电流记录器连接导线架设好，并连结负载，负载电组为2.3欧姆。因金与锌的电离倾向差异大(相较铜与锌的电离倾向差异)，应可得更高的电压输出，经实际量测出直流电压为1.234伏特，电流为0.12毫安，证实香蕉可发电，并可作为电池或发电电源。

实验例3：银/锌电极

此实施例选用锌作为第一电极，而银作为第二电极。将1枚银币(直径41mm)及4支锌电极(1.6mm×51mm)，以与香蕉植株纵向的方式插入香蕉植株(树龄约6～8个月)的假茎中，插入深度约40mm，并使其相互电连接，且4支锌电极为并联。将电压、电流记录器连接导线架设好，并连结负载，负载电组为2.3欧姆。因银与锌的电离倾向差异大(相较铜与锌的电离倾向差异)，应可得更高的电压输出，经实际测出直流电压为1.259伏特，电流为1.17毫安，证实香蕉可发电，并可作为电池或发电电源。

实验例4：铜/锌电极

本实施例与实验例1相同，也选用锌作为第一电极，而铜作为第二电极。将每组包括4支铜电极(2.0mm×60mm)及4支锌电极(2.0mm×60mm)，以与香蕉植株纵向的方式插入同一香蕉植株(树龄约6～8个月)的假茎中。共计三组电极，分别插入3棵不同的香蕉植株的假茎中，插入深度约50mm。将同棵的4支铜电极、4支锌电极各自并联，并测量电压；将位于不同香蕉植株的铜、锌电极串联，并测量电压。将电压、电流记录器连接导线架设好，并连结负载(如可充电电池，镍/氢电池，1.2V 1200mA/H)，其架构示意图及等效电路图如图2A和图2B所示。开启记录器连续记录其电压与电流值一周，且记录方式为每10秒测量一次电压与电流值。此连续一周所测得的平均电压变化曲线、平均电流变化曲线及平均功率变化曲线，分别如图3、图4和图5所示，其中负载未充电前电压为0.883伏特。因此，由图中的曲线可明显得知本案的香蕉植株电池可达到长效发电的功效。

本发明的香蕉植株电池可以发电的原因之一是因香蕉植株内包括可作为电解质的有机酸，此有机酸包括属于三萜类(triterpenoid)的科罗索酸(corosolicacid)。如果再配合如锌、铜电极，便能开发出香蕉植株电池，推测其电池反应如下所示：

锌电极半反应：mZn+nR(H)_o→Zn_mR_n+(n×o)H⁺+(n×o)e^-

铜电极半反应：2H⁺+2e^-→H_2(g)

全电池反应：mZn+nR(H)_o→Zn_mR_n+1/2(n×o)H_2(g)

其中，R(H)_o代表香蕉植株内的有机酸成分(例如科罗索酸)，o代表的是该有机酸可解离的氢离子数。

理论上，随着有机酸的种类不同，草本植物电池的电位会随着变化，适量的水含量及适当的电解质可以提供最大的电压及电流表现。然而，并非植物内包括可作为电解质的有机酸(如科罗索酸)，即可有效用于作为可供电的电池。例如，本案发明人针对几种含有较大量科罗索酸的枇杷树、石莲花、芦荟、仙人掌等植物，或金桔树上的金桔果实进行试验，发现电极周围的此这些植物/果实的植物组织均会发生腐烂现象，甚至落果而无法继续发电。然而，直接将各种电极插入香蕉植株的假茎中，进行超过二个月的发电实验观察，发现香蕉植株的电极周围没有植物组织腐烂问题，可以使得电池连续发电。

上述仅是举例性，而不是限制性。任何未脱离本发明的精神与范围，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种香蕉植株电池，其包含：

至少一棵香蕉植株，是活体植株，每一棵香蕉植株包括作为电解质的至少一种有机酸；

至少一个第一电极，作为阳极，嵌置于所述至少一棵香蕉植株上；以及

至少一个第二电极，作为阴极，嵌置于所述至少一棵香蕉植株上，与所述至少一个第一电极电连接。

2.如权利要求1所述的香蕉植株电池，其中，所述香蕉植株是芭蕉科与芭蕉属。

3.如权利要求1所述的香蕉植株电池，其中，所述第一电极的材料包括镁、锌或铝。

4.如权利要求1所述的香蕉植株电池，其中，所述第二电极的材料包括石墨、铜、银、铂或金。

5.如权利要求1所述的香蕉植株电池，其包括多个所述第一电极和多个所述第二电极，其中，所述多个第一电极和所述多个第二电极以并联方式嵌置于同一棵香蕉植株上。

6.如权利要求1所述的香蕉植株电池，包括多个所述香蕉植株、多个第一电极和多个第二电极，其中，所述多个第一电极和所述多个第二电极以串联方式嵌置于不同的所述香蕉植株上。

7.如权利要求1所述的香蕉植株电池，其中，所述第一电极和所述第二电极嵌置于所述香蕉植株的假茎上。

8.如权利要求1所述的香蕉植株电池，其中，所述第一电极通过导线与所述第二电极电连接。

9.如权利要求1所述的香蕉植株电池，其中，所述有机酸包括科罗索酸。

10.如权利要求1所述的香蕉植株电池，还包括：记录器，记录电压或电流。

11.如权利要求1所述的香蕉植株电池，还包括：负载。

12.如权利要求11所述的香蕉植株电池，其中，所述负载为期望供电的对象。

13.如权利要求12所述的香蕉植株电池，其中，所述负载包括电灯、灯泡、可充电电池或马达。

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