CN105932307B - 可瞬时充电的酶燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可瞬时充电的酶燃料电池，包括阴极板、隔膜、阳极板，所述可瞬时充电的酶燃料电池包括框体，该框体左侧开口、右侧封闭，且该框体的左侧开口固定有网状盖，该阴极板、隔膜、阳极板从左至右层叠后呈竖向的固定于该网状盖和该框体之间，同时，该框体开有加液口，该框体内装有可替换的反应液。所述可瞬时充电的酶燃料电池还包括有加液器，该加液器为一注射器，且该加液器配有和加液口相配的加液针，该反应液通过该加液器注入该框体内，且反应后的反应液通过该加液器抽出。该反应液由放置于一替换包内的固体物质调配而成。本发明的优点是：携带和使用方便，能够有效延长酶燃料电池的使用时间。

Description

可瞬时充电的酶燃料电池
技术领域
本发明涉及生物电池技术领域，尤其是涉及一种可瞬时充电的酶燃料电池。
背景技术
酶燃料电池是一种新型的生物电子技术，属于生物燃料电池，能够将底物燃料中的化学能通过酶的催化反应转化为电能。通常，酶燃料电池由阳极和阴极组成，中间靠质子交换膜或其他分隔材料分离。底物燃料在阳极被酶氧化，生成产物留在阳极，质子通过膜转移到阴极，电子通过电子介质或直接传递至阳极，再经外置电路产生电能。氧气在阴极和电子及质子发生还原反应，生成水。
近年来，随着生物技术和电化学技术的不断开拓，更多的人开始考虑将酶燃料电池作为锂电池的替代品，应用于广大电子产品和移动设备之中。一般的讲，酶燃料电池具有如下优点：
1)能量密度高。主要是指底物燃料的能量密度高、电池的能量转化效率高。
2)燃料容易获得、价格低廉。常用的燃料包括糖类、有机物、醇类、氢气等。
3)绿色环保。反应将底物氧化生成水和二氧化碳，碳中立、可再生，无贵重金属、无垃圾填埋污染。
4)安全。指的是反应温和、无易燃易爆隐患。
然而，酶燃料电池的使用寿命很短，一般只能持续工作几小时，最多几天。主要原因在于酶催化剂和辅酶等生物分子在体外的稳定性较低，随着时间的推移而逐渐失去活性，无法稳定持续的进行反应。相对而言，一般的燃料电池依赖于金属催化剂，非常稳定，因此能持续使用几个月甚至几年。故而，目前的酶燃料电池产品仅能作为产品原型在演示时使用，实际上很难被产业化。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可瞬时充电的酶燃料电池，它具有携带和使用方便，能够有效延长酶燃料电池的使用时间的特点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：可瞬时充电的酶燃料电池，包括阴极板、隔膜、阳极板，所述可瞬时充电的酶燃料电池包括框体，该框体左侧开口、右侧封闭，且该框体的左侧开口固定有网状盖，该阴极板、隔膜、阳极板从左至右层叠后呈竖向的固定于该网状盖和该框体之间，同时，该框体开有加液口，该框体内装有可替换的反应液。
所述可瞬时充电的酶燃料电池还包括有加液器，该加液器为一注射器，且该加液器配有和加液口相配的加液针，该反应液通过该加液器注入该框体内，且反应后的反应液通过该加液器抽出。
该反应液由放置于一替换包内的固体物质调配而成。
所述框体的右侧开口，且该框体的右侧开口上配有密封盖。
所述网状盖和阴极板之间、阳极板和框体之间、框体和密封盖之间均设有密封垫圈。
本发明和现有技术相比所具有的优点是：携带和使用方便，能够有效延长酶燃料电池的使用时间。本发明的可瞬时充电的酶燃料电池在使用时，随时对反应液进行更换，使用结束后及时将其倒掉，对酶燃料电池进行快速补料、瞬时充电，相当于永远保持了反应液的稳定，使酶燃料电池能够反复使用，有效延长了其使用寿命。优化后，替换包平时容易携带，且补料操作简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的实施例的立体分解示意图。
图中：
10、框体，11、网状盖，12、密封盖，13、加液口，14、密封垫圈；
20、阴极板；
30、隔膜；
40、阳极板；
50、加液器，51、加液针；
60、替换包。
具体实施方式
实施例，见图1所示：可瞬时充电的酶燃料电池，包括框体10、阴极板20、隔膜30、阳极板40、加液器50等部件。其中，该阴极板20和阳极板40可以是常见的碳纸、碳布、碳毡、活性碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、氧化石墨烯等碳基材料以及金、钛、铂等金属材料，以及基于它们修饰后的材料。该隔膜30可以是常见的质子通透膜、滤纸、纤维素薄膜等。
具体的讲，该框体10左侧开口、右侧封闭。为了便于维修，该框体10的右侧进行封闭的方式可以是：该框体10的右侧开口，且该框体10的右侧开口上通过螺钉固定等方式配有密封盖12。该框体10的左侧开口固定有网状盖11。该阴极板20、隔膜30、阳极板40从左至右层叠后呈竖向的固定于该网状盖11和该框体10之间。亦即，所形成的阳极反应仓为全闭合仓，而阴极板20与空气接触。同时，该框体10开有加液口13。该加液器50为一注射器，且该加液器50配有和加液口13相配的加液针51。即，该加液针51能够通过该加液口13伸入该框体10内。
该可瞬时充电的酶燃料电池配有反应液，该反应液通过该加液器50注入该框体10内，且反应后的反应液通过该加液器50抽出。同于现有技术，该反应液为酶燃料电池反应所需的一切物质，包括底物、酶、辅酶、缓冲液、盐、电子介质、保护剂、催化剂等。底物可以是葡萄糖、果糖等单醣，纤维二糖、蔗糖等二糖，麦芽糊精、淀粉、纤维素等多糖，以及葡萄糖6磷酸、葡萄糖1磷酸、1，6二磷酸果糖等糖修饰物。底物还可包括包含前述糖类的饮料，如可乐、雪碧、芬达、红牛、冰红茶、橙汁、苹果汁等等。阳极催化剂可以是各种可以氧化糖类底物的相应的酶。催化剂可以是金属催化剂如铂与镍等，生物催化剂可以是漆酶和胆红素氧化酶等。酶可以是烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD(P))、生物模拟的人造辅酶等等，以及辅酶氧化酶比如黄递酶。缓冲液可以是HEPES缓冲液、磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液等。盐可以是氯化镁、氯化锰、氯化钠、硝酸钠等酶反应所需的离子，以及增加电导率的盐类。电子介质可以是2-氨基-3-羧基-1，4-萘醌(ACNQ)、蒽醌-2，6-二磺酸钠(AQDS)、维生素K3，2-氨基-1，4-萘醌(ANQ)、甲基绿等。
这样，当需要使用该酶燃料电池时，反应液被加入该框体10内，其具有稳定的性能，相当于一个新的电池；而在不使用时，仅需将反应液抽出倒掉即可。换句话说，用户可轻便瞬时的为酶燃料电池充电，大幅提高了该产品的可持续使用性。
优化的：
该反应液由放置于一个或若干个替换包60内的固体物质调配而成。即，反应液中所有的物质以固体保存，按比例配方，提前配好并分装在一个个替换包60里。替换包60如同喝咖啡用的糖包，每次需要反应时，取一个替换包60，将其内的反应物质加入加液器50，再加入适量的水。水为自来水、纯净水等干净的水。混合好之后，由该加液器50加入电池阳极反应仓内，即该框体10内。显然，替换包60内的固体物质以及固体物质的配方只需满足固体物质加水后形成常见的反应液即可。比如，以葡萄糖燃料替换包配方为例，配方含有1克葡萄糖、5毫克葡萄糖激酶、5毫克6磷酸葡萄糖脱氢酶、32毫克聚磷酸钾、240毫克HEPES固体、9毫克氯化镁、58毫克氯化钠、52毫克烟碱酰胺腺嘌呤二核苷酸、和40毫克蒽醌-2，6-二磺酸钠。一个替换包需溶解在10毫升水中。
该网状盖11和阴极板20之间、阳极板40和框体10之间、框体10和密封盖12之间均设有密封垫圈14。这样，使相关部件之间的密封较好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.可瞬时充电的酶燃料电池，包括阴极板(20)、隔膜(30)、阳极板(40)，其特征在于：所述可瞬时充电的酶燃料电池包括框体(10)，该框体(10)左侧开口、右侧封闭，且该框体(10)的左侧开口固定有网状盖(11)，该阴极板(20)、隔膜(30)、阳极板(40)从左至右层叠后呈竖向的固定于该网状盖(11)和该框体(10)之间，同时，该框体(10)开有加液口(13)，该框体(10)内装有可替换的反应液。
2.根据权利要求1所述的可瞬时充电的酶燃料电池，其特征在于：所述可瞬时充电的酶燃料电池还包括有加液器(50)，该加液器(50)为一注射器，且该加液器(50)配有和加液口(13)相配的加液针(51)，该反应液通过该加液器(50)注入该框体(10)内，且反应后的反应液通过该加液器(50)抽出。
3.根据权利要求1所述的可瞬时充电的酶燃料电池，其特征在于：所述反应液由放置于一替换包(60)内的固体物质调配而成。
4.根据权利要求1所述的可瞬时充电的酶燃料电池，其特征在于：所述框体(10)的右侧开口，且该框体(10)的右侧开口上配有密封盖(12)。
5.根据权利要求4所述的可瞬时充电的酶燃料电池，其特征在于：所述网状盖(11)和阴极板(20)之间、阳极板(40)和框体(10)之间、框体(10)和密封盖(12)之间均设有密封垫圈(14)。
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