酶电池制造技术

一种电池，它包括：第一腔室、第二腔室和把第一和第二腔室分离开的一个隔离装置，其中，隔离装置包括一个输运质子的部分。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于对电装置供电的电池，它包括燃料电池和可充电的燃料电池。电池比如燃料电池用来把化学能直接转换成电能。燃料电池典型地由三个腔室组成，这些腔室被两块多孔的电极分开。一个燃料腔室用来引入燃料，典型的是氢气，其可以通过与蒸气一起转化碳氢化合物比如甲烷就地产生这些氢气，使得氢气在第一电极与H2O接触，当电极之间形成一个电路时，产生电子和水合氢(H3O+)离子的反应在此第一电极上被催化。(1)中心腔室可以包括一个电极。此中心腔室用来把来自第一电极的水合氢离子传输到第二电极。第二电极提供了与在第三腔室中的受体分子典型地为氧分子的交界面。该受体分子接受由电路传输的电子。(2)燃料电池的电解质可以例如为一种导电的聚合物材料比如水合的聚合物，它包含在一种全氟乙烯骨架上的全氟乙烯侧链上的磺酸集团， 全氟乙烯比如为NafionTM(du Pont de Nemours，Wilmington，DE)或者类似的聚合物，这些聚合物可以由Dow化学公司，Midland，MI得到。其它的电解质包括碱溶液(比如重量百分比为35％、50％或85％的KOH)、酸溶液(比如浓磷酸)、熔融电解质(比如熔融金属碳酸盐)、以及固体电解质(比如固体氧化物，比如用氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2))。常常把液体的电解质保存在一个多孔的阵列中。例如在“燃料电池”中，Kirk-Othmer化学技术百科全书，第四版，第11卷，1098-1121页，描述了这样的燃料电池。这些类型的燃料电池典型地在由大约80℃摄氏度到大约1000℃摄氏度的温度下运行。这种技术的缺点包括由于来自污染物的催化剂中毒而造成的短的运行寿命、高的初始成本，以及对在较高温度到非常高的温度下运行的装置的实际限制。本专利技术提供了一种燃料电池技术，它采用在生物过程中使用的分子，以产生燃料电池，这种电池在中等温度下工作，并且，没有保持在高温的腐蚀性化学物存在，这种化学物的存在可能导致对电池部件的腐蚀。尽管在本专利技术的燃料电池中使用的燃料很复杂，但是，它们容易得到，并且，对于大量的应用比如为移动计算机或移动电话装置供电来说价格适宜。预计，可以把本专利技术的燃料电池的构形成使得一个300cc的电池的容量可以高达80瓦-小时，因此，可以比用于笔记本电脑的尺寸类似的电池有更高的容量，并且，这样的电池可以有更高的容量。因此，相信可以使用本专利技术的燃料电池提高容量，和/或减小尺寸和/或重量。还有，可以使用本专利技术的紧凑的惰性能源提供短时间的电输出。因为保存在该燃料电池中的材料是无腐蚀性的，并且，典型地没有其它的害处，可以实现用燃料对这些燃料电池充电，这种充电可以由消费者或者通过一种服务比如邮购服务进行再充电。还有，在某些方面，本专利技术提供了利用质子的活性输运提高可维持的效率的燃料电池。本专利技术的燃料电池也可以用电重新充电。专利技术概要在一方面，本专利技术提供一种电池，它包括第一腔室、第二腔室以及把第一和第二腔室分离开的一个隔离装置，其中，隔离装置包括一个输运质子的部分。在另一方面，本专利技术提供一种电池，它包括第一腔室；第二腔室；把第一腔室与和第二腔室分离开的一个隔离装置；第一电极；第二电极；在第一腔室中与第一电极连通的一种氧化还原酶，以由第一电极接收电子，把此氧化还原酶结合到一种类脂组份中；在第一腔室中与氧化还原酶在化学上连通的一种电子携带体；以及在第二腔室中与第二电极在化学上连通的一种接收电子的组份；其中，在运行中，电流沿着在第一电极与第二电极之间形成的一个导电路径流动。附图的简要描述附图说明图1示出了有三个腔室的燃料电池内部的透视图；图2示出了一种燃料电池，它显示出本专利技术的某些优选的方面；图3A、3B和3C示出了一种类似的燃料电池，它有包含清除剂的部段；图4A和4B示出了一种燃料电池的顶视图，它有两个腔室；图5A示出了一种燃料电池的顶视图，它有两个腔室，而图5B示出了侧视图；图6示出了一种燃料电池，其中把浸泡两个电极的流体隔离开；图7示出了一种燃料电池，它有结合起来的光调节装置和一个传感器。定义对于本申请的目的，下列的术语分别有如下所述的含义。电子携带体电子携带体是一种在酶反应中提供电子的组份。电子携带体包括但不限于还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(记作NADH；氧化形式，记作NAD或NAD+)，还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐(记作NADPH；氧化形式，记作NADP或NADP+)，还原的烟酰胺单核苷酸(记作NMNH；氧化形式，记作NMN)，还原的黄素腺嘌呤二核苷酸(记作FADH2；氧化形式，记作FAD)，还原的黄素单核苷酸(记作FMNH2；氧化形式，记作FMN)，还原的辅酶A，以及类似物。电子携带体包括带有结合的供给电子的辅助集团的蛋白质，比如辅酶A、原卟啉IX、维他命B12，以及类似物。另外的电子携带体包括葡萄糖(氧化形式葡萄糖酸)，酒精(例如，氧化形式乙醛)，以及类似物。电子携带体最好以1M或更高的浓度存在，更可取的是浓度为1.5M或更高，更可取的是浓度为2M或更高。接受电子的组份接受电子的组份接受被燃料电池传输到阴极的电子。电子传递介体电子传递介体是使得由电子携带体放出的电子的传递变得容易的一种组份。氧化还原酶氧化还原酶是一种对电子由一种电子携带体到另一种组份的传递或者电子由另一种组份到电子携带体的氧化形式的传递进行催化的酶。适当种类的氧化还原酶的例子包括氧化酶、脱氢酶、还原酶以及氧化还原酶。此外，也可以使用其它酶，这些酶的氧化还原催化作用作为它们的次要性能，例如过氧化物歧化酶。组份组份是指一种分子、化合物、带电物质、盐、聚合物，或化学物的其它组合物或混合物。详细描述图1示出了一种示例性电池比如燃料电池10的特点。该燃料电池10有包含一种电子携带体的第一腔室1，用有结构的基底材料充满该第一腔室1，可以把溶液保存在一种多孔的阵列(包括一种膜)中。第二腔室2类似地在一个空间中包含一种电解质(并且可以与第一腔室中的材料相同)，该空间也可以用一种保存阵列充满，夹在多孔的第一电极4与多孔的第二电极5之间。第二电极5的一个表面与第三腔室3的空间接触，把一种接受电子的分子典型地是一种气体分子比如氧分子引进该空间中。第一电触点6和第二电触点7使得可以在两个电极之间形成一个电路。可选的多孔的保存阵列可以帮助把溶液保存在例如第二腔室2中，而使溶液溢流进第三腔室3中减到最少，这样，保持在接受电子的分子与第二电极5之间的接触的表面积。在某些实施例中，在第一腔室1和第二腔室2中的含水液体中悬浮着不溶解的还原的电子携带体，从而增加了可以用于把电子供给到第一电极4的还原的电子携带体的储存。在另外的腔室包含一种多孔阵列的示例中，可以引入一种饱和溶液，并且，降低温度，使在阵列的微孔中的还原的电子携带体沉淀出来。在沉淀出来之后，可以用另一种浓缩的溶液替代溶液相，从而提高为固体形式和溶解形式的电子携带体的数量。将会认识到，第二腔室可以由一种聚合物电解质比如上面描述的那些电解质之一充满。在第一电极上出现的反应可以以NADN为例写成(3)优选的酶把电子传输到介体，介体把电子传输到阳极。这样，如果酶正常地传输电子，以将一种小分子还原，最好使这种小分子旁路。在第二电极上相应的反应为(2)为了使用反应2，最好减缓浸泡的溶液，导致氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，它包括：第一腔室、第二腔室和把第一和第二腔室分离开的一个隔离装置，其中，隔离装置包括一个输运质子的部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJ利贝拉托雷，L霍泽尔，AN斯雷拉姆，R库马，C宾德拉，ZH范，
申请(专利权)人：动力酶有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]