惊人的“虫子”电池
想制造生物燃料电池吗？非常经济，它们是未来的能源
在本月的封面上说明是一种典型的新型电力转换器，称为生物片。为了驱动电动机，它是将燃料直接改变为电力，没有中间步骤。与任何新系统或设备一样，生物片中存在“错误”。但工程师并不试图消除所有虫子，或者更准确地是细菌，因为它们正在产生电力。远远超过噱头阶段，一些更精致的生化燃料电池，将其潜力作为空间时代的新电源。调查是通过在像Apollo这样的航天器的“闭环”中使用生物区，以将废料转化为淡水和食物，并同时为电力收音机，雷达和遥测齿轮产生电力，以及其他板载辅助设备。
基于陆地的生物电源有源无线电发射器，驱动模型船和点燃的荧光灯管。海军赞助设计漂浮在海中，产生多瓦输出。因此，虽然生物蜂窝尚未滚动生产线进行一般使用，但这种最新和大多数异国情调的燃料电池的承诺似乎是巨大的。
到目前为止，人类已经生产了他通过机械或电化学手段使用的电力。现在的生物化学现在是我们作为美国主要权力的主要生产国，而是科学小说或周日补充作家，而是科学家们自己建议将黑海变成巨大的“虫子电池”的“出路”的可能性。围绕着国家的一部分。更为温和的想法是使用污水，垃圾或废物，就像那些从造纸厂喂养细菌的废物。这不仅会产生迄今未开发的权力;它还比传统手段更有效地摆脱废料。
生物电池是否能产生每千瓦时一个磨坊的电能还有待观察。一位先驱者预言了这样一个巨大的财富，人们普遍认为生物能源将在我们的未来发挥重要作用。毕竟，生物化学一直是我们的温饱。为什么不让它也提供能量呢？
生物细胞的过去
虽然古老的罗马人甚至意识到生物中的电力，但实际上使用了鱼雷雷鱼的休克治疗精神病患者，但将细菌新陈代谢的想法作为电力电厂的追溯只有大约50年。1912年，一位英国植物学师M. C. Potter，在碳电极周围使用酵母将半同的“细胞”放在一起。原语细菌电池产生了在1.25毫安测量的电流波特。
壮举不会突然出售公用事业股票。其他研究人员以不规则的间隔进行了类似的实验，然而，1931年，美国约翰霍普金斯医学院的Cohen在美国报告的细菌电池上涨到大约2 mA的细菌电池。直到1960年直到1960年，生物蜂蜜的研究进入高齿轮，几个群体同时推动了这个想法。
在内政部地质调查局的工作中，生物学家弗雷德里克·西斯勒博士对海底有机物的分解，加上海洋中的化学和物理条件，导致产生微弱电流这一事实非常感兴趣。他开始致力于开发利用这种现象的生物细胞。
John Welsh博士及其在Joseph Kaye And Company的伙伴，Cambridge，Massachusetts，Massachusetts，研究公司，所有的燃料电池都有一定的常见分母 - 燃料，加上加速电化学反应的催化剂。由于来自活细胞的酶是催化剂的最终，因此威尔士觉得生物化学可能会达到一百万倍的反应。
第三组加利福尼亚州的Magna Industries，Inc。以环形交叉路口的方式进入了生物片的想法。研究油井和管道下的腐蚀，他们发现细菌是罪魁祸首。他们也发现这些细菌在做脏工作时产生微小的电力。因此，Magna开始调查在更有用的任务中设置这些小型工人的可能性：为海上设备产生电力的可能性。
因此，立即成功的是生物片工作，即1961年的预测，1瓦特细胞是可行的，并且在几年内，无线电可能会随着细菌电量提供动力。这些东西甚至更早地实现了。1962年，Sisler和他的伙伴在一个新成立的私人公司中展示了一个小型发射器，范围为15英里，而且还在生物蜂窝上运行的模型船，将其漂浮的水挖掘。
第一次生物细胞会议于1962年在俄勒冈州的科瓦利斯举行。当时，大约有十几家公司活跃在这一新领域，它们都有公司资助的研究以及陆军、海军、空军和美国宇航局支持的工作。在短短的几年时间里，生物电池已经从实验室的试管跃升为一种新的能源的有力竞争者。
这个怎么运作
任何生物，人、老鼠或微生物，都是生化燃料电池。它吸收食物或“燃料”，并将物质分解成较低的形式，在这个过程中提取能量。其中一些能量以电的形式出现。路易吉·加瓦尼对他在青蛙身上发现的动物电很感兴趣，但他的同胞沃尔塔用他的伏打电池（Voltaic pile，一种被认为是原始电池的装置）将电学的学者们转向了另一个方向。
用两种不同的材料做电极，在电极之间放置电解液，电流就会流动。这是同样的“氧化-还原”过程，在生物中发生的燃料分解成能源和废物。氧化，就像燃烧一样，是在电池中产生的，用来推动电子绕过电路。
电池是一个方便的设备，但昂贵。能够在其中“燃烧”更便宜的燃料来生产电力，并在1839年，一个名叫树林的英国人做了这一点。他的电池用氢气代替锌或其他金属作为燃料，是当今“Hydrox”燃料电池的先驱。在本世纪之交之前，其他工人有改善的格罗夫的想法并创造了“燃料电池”名称。但另一种发电的手段是首次亮相。称为Dynamo，它迎来了电力机械生产的时代。
由于即使是最有效的涡轮发电机也被热力学的不可控制的定律注定为浪费（第103页继续）
在典型的燃料电池中，将氢气进入一个电极并氧气。通过“离子交换”膜而不是蓄电池的液体或糊电解质分离，燃料电池产生电力和水。这种副产品在太空任务中很重要，显然是。理论上，燃料电池可以是100％效率。然而，需要一些能量来激发分子以产生产生电流的反应所需的能量水平，并且细胞中存在一些抗性。实际上，75％是一个很好的优点。
通过这种性能，可能会想知道谁需要由错误制成的电池。但传统的燃料电池仍然具有缺点。氢气和氧气昂贵，即使它们比常规电池更具吸引力，燃料电池的功率密度也相当低。需要在廉价燃料油上运行的燃料电池，并在此方向上进行工作。催化剂加速反应并减少电力的内部损失是重要的。使用铂的这种东西，以及最近，使用镍硼。不幸的是，使用廉价的烃燃料如天然气，辛烷值等燃料电池似乎需要昂贵的催化电极，例如海绵状铂。
现在，细菌电池，生化燃料电池的出现已经进入了舞台。正如威尔士博士和其他人所指出的，细菌及其衍生物提供了卓越的催化剂。它们也不像传统的催化剂那么挑剔。实验表明，细菌可以使碳氢化合物燃料电池实用化。更重要的是，生物细胞已经证明，它们甚至可以将废物转化为动力。
封面上的电子分子研究生物电池代表了最简单的生物电源类型。用它的铝和铜电极，它看起来像是一个电偶电池，使用稻壳“载体”作为电解液。然而，如果加入弱酸溶液而不是细菌营养物，电流只会持续很短的时间。因此，细菌似乎能够阻止极化，或涂层的电极，停止反应。EMR示范电池已经运行了一年多，产量没有下降。
在更复杂的生物细胞中，阳极和阴极部分由离子交换“桥”分开，离子通过它扩散以维持电流。细菌被放置在一个或两个电极上，并促进从提供给它们的“燃料”中剥离电子的过程。
除了更有效的催化作用和使用更便宜的燃料外，生物电池在室温下工作，而不是某些燃料电池所需的高温。它的另一个特点是生命过程发生的温和的“自然”条件，pH值在中性范围，稀水溶液作为电解质。
生物蜂块的燃料因糖而异到有机海洋材料，酵母，蘑菇或尿素。美国矿业局已经展示了在无机物质，黄铁矿或傻瓜的黄金上运行的生物片。建议是草，干叶，污水等废料等等。Magna研究人员制造了最有趣的生物蜂窝之一，在另一个电极和藻类中使用细菌，用阳光作为燃料！实际上，这代表了一种生物太阳能电池，并提供比光伏电池更有效地将阳光转换为电力的兴趣可能性。
当然，像传统燃料电池一样，生物蜂窝也不是没有其缺点。紧凑率并不是其优点，因为见证了EMR Do-IT的大部分电池。已经报道了每平方英尺的电极表面的几个安培的密度，这对于许多应用来说是不够的。
生物材料表现出的潜在差异导致轻度反应，典型电池的电压仅为约一半伏特。电池抗性是一个问题，是电池本身的适当形状和尺寸。显然，必须喂细菌“工人”，因此可以喂食一半的可用能量！
尽管对生物电化学现象了解甚少，但生物细胞已经取得的成功似乎表明，生物细胞的问题并非不可逾越。与利用核聚变的力量相比，它们的规模似乎很小，不过，当然，没有人认为回报会这么大。现在研究人员知道生物细胞起作用；他们想知道如何使它工作得更好，他们成功的机会也很大。
生物细胞——今天和明天
太空规划有助于Boom Biocell开发。当NASA要求投标项目时，有33家响应公司。合同已经到了其中四个，工作系统可能是几年内有载人的太空车辆的一部分。这是“空间绿洲”概念，之前提到的，生物片与宇宙飞船闭合循环中的藻类太阳能转换器一起工作。Magna Corporation，Marquardt Inc.，General Electric和Ford的Aero-Nutronic部门正在为美国宇航局进行这样的研究工作。
在运行中，这样一个封闭循环工厂将处理废料，提供水、食物和电力，以操作无线电和其他辅助设备。作为潜在电源的一个例子，暂定规范描述了一个20瓦的尿素燃料电池，每天从一个成员的废物中输出100安培小时。
是美国海军项目的更远。Magna生产了船用生物电池的多瓦单位。这些目前仅用于浮标中的动力发射器，但是未来有生物动力船只的表现。总体科学公司还为海军生产了原型单位。
一种由传统燃料电池提供动力的潜艇正在研究中，生物电池在此类应用中可能是有利的。如果已经演示过的模型船和使用黑海作为动力源的提示可以被认真对待，“洋流”这个词就有了全新的含义！
除了这些项目和其他政府资助的工作外，生物电池领域还有一些私人赞助的项目，其中一些项目的目的是将这种新电源用于商业用途。
陆上生物电池可首先用于为远程电气和电子装置、飞机着陆灯、牧场和农场的围栏充电器以及类似任务供电。陆军便携式雷达已经成功地在常规燃料电池上工作，这种使用生物动力的军事装备似乎是可能的。
晚些时候可能会像利用污水，造纸厂流出物等所能一样的项目。虽然常规发电厂在未来多年的情况下显然是安全的，但生物化学的发展可能最终可能导致低成本的工业电力在化石燃料产生的一些地区竞争。
更容易预见的是生物细胞起双重作用的过程。有人指出，如果发酵热能转化为电能，啤酒厂就是一个潜在的发电厂。同样的道理也适用于面包店和其他依赖生化作用的行业。
生物蜂块也可以作为化学过程而不是电力生产商来证明具有重要价值。由于燃料电池可以两种方式工作，因此可以向细胞提供电，并且细菌提供有用的副产物而不是电力。另一个有趣的建议是在可能的胚芽中使用生物片作为细菌的探测器，因为外国的细菌会对电输出产生不利影响。
传统的燃料电池具有超过20年的加速发育的历史。尽管它仍然是从完善的漫长之路，但它被认为是值得花费更多数百万的改进。另一方面，在三年前来看，Biocell的应用只是在那段时间内取得了惊人的进展。
许多科学家认为，这么早就开发生物能源的尝试是本末倒置的，首先要进行多年的基础研究。然而，美国宇航局电化学技术项目负责人欧内斯特·科恩指出了化学工业中一个有趣的平行现象。虽然仍在撰写论文和论文，描述氨生产的原始研究，但我们仍然有过剩的化合物生产能力。
尽管科学家和工程师们并不确定生物细胞到底是如何工作的，但他们仍在使用它。再过20年，它也可能会做出一些了不起的事情。同时，你可以自己组装一个简单的生物电池，观看或收听，虫子的力量开始发挥作用！
