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酶生物燃料电池(EBFC)是使用金属催化剂的燃料电池的替代品,该燃料电池使用生物分子作为催化剂将化学能转化为电能。
与传统电池相比,其特点是使用可再生和清洁的催化剂,反应选择性好,可以用多种天然有机物作为燃料以及能够在较温和的温度下运行。
[1]生物燃料电池的能量密度(Wh/L)和功率密度(W/cm2)是酶促生物燃料电池技术的两个关键标准。
基于酶的生物燃料电池一直是研究的重点,因为与酶相关的高转化率可能会带来高的生物电催化率,从而产生更高的功率密度。
然而,由于生物燃料的不完全氧化,酶促生物燃料电池面临能量密度低的问题。
[2]在早期研究中,大多数生物燃料电池只是在阳极使用生物氧化酶,而阴极与一般的燃料电池一样是以氧气作为氧化剂。
近年来的研究发现,生物分子也可以用来催化阴极处氧气的还原,在阴极使用还原酶构筑生物燃料电池可以更高效地催化阴极的还原反应,提高电池输出功率。
基于此,科学家们探索并发展了多种阴极还原酶,成为酶生物燃料电池领域一个新的发展方向。
[3]酶生物燃料电池阳极常使用葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶作为催化剂,同时使用葡萄糖作为燃料。
而阴极通常根据催化底物的不同,使用不同的酶作为催化剂,如常使用MP-11催化H2O2,而使用漆酶或胆红素氧化酶(BOD)催化O2还原。
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