本发明专利技术涉及一种海带生物质电池，利用海带体内的海带生物质，与亲水性高分子、水、电子授受体材料均匀调合制成电池的电池液，再用浸、涂或贴等工艺将此电池液用纸纤维膜分离成单层或多层结构，与两侧的正极(+)和负极(-)组建成海带生物质电池。单个电池电压V＝0.6-0.9V，起始空载电流I＝1-10mA/cm2，平均蓄电量为30～150mwh(毫瓦时)/1-5克海带。该海带生物质电池制造工艺简单、低成本、高效、无毒，是百分之百的绿色能源，可制成薄层式轻便型海带生物质电池，易规模生产。可望推广到海带养殖场，构造特有海带发电站。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物电池领域，特别是涉及一种海带生物质电池。
技术介绍
在大力提倡和发展低碳经济的今天，生物电池的发展正在向人类展示一个美好的 前景。生物电池(bio-mass cell or bio-fuel cell)通常指能将生物质直接转化为电能 的装置。其原理是生物体内的生物质存在与能量代谢密切相关的氧化还原体系。各种氧化 还原反应过程中存在着互相影响、依存，形成整体的循环网络，就是生物体的能量代谢。如 果能将其中的一步或多步反应中发生的电子转移链引导为电极反应，就能够较易地将电子 传输到负极上，化学能就可以变成电能，制造出生物电池。若按生物电池中的反应类型可 粗分为三种1)，利用生物体内的氧化还原物质发生氧化还原反应(redox)制成的生物电 池；2)，微生物电池，利用微生物作燃料发生氧化反应，同时释放出电子，再通过介体将电子 运送到负极(_)，经外电路到达正极(+)，反应中产生的H+通过质子交换膜进入正极(+)处 与O2和外电路上传输过来的电子发生还原反应生成水(H2O) ；3)，酶电池，将燃料的化学能 转化为容易进行电化学反应的形式。如用葡萄糖为燃料的酶电池就是模拟线粒体的反应机 制而制成的。世界上首例开发成功的生物电池是日本索尼公司(2007年10月)试制出用 酶分解葡萄糖发电的新型生物电池。串联上述四个边长为3. 9cm的立方体电池单元可驱动 MP3播放器和音箱，最大功率是50mw。2007年5月美国德克萨斯大学Dr.亚当.海勒制出 了能从每个葡萄中获取电能的生物电池，可产生2. 4μ W(微瓦)电量，足于推动一微芯片、 微型传感器或微型发送器工作一周。其原理是利用生物在代谢过程中葡萄糖和氧气的氧化 作用获得能量。本专利申请人曾在几年前就开发出了采用西红柿外皮表层内富含的番茄红 素和海藻类植物紫菜内富含的藻胆素和紫菜色素等一类电子给(授)体材料，与电子功函 数较低的一类金属如Al (4. 3ev), Ag(4. 3ev)形成接触型肖特基结，再与石墨电极(+)构建 成生物质电池，此类简易的番茄红素电池V = 0. 5-1. Ov,电流范围在I = 0. l-2mA/cm2,串联 后可驱动LED连续工作近百小时，蓄电量在30-100mwh/l-5克海带。应该说当下生物电池 尚处研究开发的起步阶段。电池输出功率较小，寿命短，使用范围尚小，还未进入规模推广 的应用时代。尽管如此，科学家们还在努力开发，如日本学者专利技术的脱疼痛生物电池贴片， 已实现产业化应用。2010年初，日本东京的玩具制造商应用索尼公司专利技术的葡萄糖氧化酶 生物电池，开发出了新型低碳环保生物电池儿童玩具车、手电等。开发新型低功率小巧薄型 生物电池，可应用在无线射频识别(RFID)，微型传感器、智能卡、微型标签显示器，以及在离 子渗透技术的医疗化妆品有效成分的吸收系统等多种低能耗领域。也可以用来制作普及低 碳经济、绿色能源技术的示范性教学仪器。专利技术人在从事“富勒烯蓄能电池”(ZL200710163889. 5)和敏化太阳能电池的研发 过程中，惊奇地发现食用的海藻生物——海带(又名昆布)，其生物质为一种优良的含碘天 然高分子(多组份复合型)凝胶电解质。其体内“碘化物——氧化酶”可以催化碘化物氧 化成12。海带体内存在有1_/13_/15_的氧化还原体系，其氧化还原过程具有可逆特征。从而可能开发生物质电池，迄今为止，尚未见到国内外有直接利用海带生物质制造出这种低功 率较长寿命的生物电池的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，经专利技术人多年探索与实践开发 提供一种结构特独，制备工艺简单、高效、无毒，是百分之百的绿色能源的海带生物质电池。本专利技术的另一个目的是提供一种海带生物质电池电池液及海带生物质电池的制 造方法。本专利技术提供的海带生物质电池(以下简称海带电池)其特征在于包括下列结构电 池单层结构电池正极(+)/纸质纤维膜/海带电池电池液/纸质纤维膜/负极(_)；或多层结构电池正极(+)/纸质纤维膜/海带电池电池液/纸质纤维膜/海带电 池电池液/纸质纤维膜/……/负极(_)；或由单层或多层结构的电池按串联或并联构成(组装成)电池组件；其中所述正极⑴材料应确保具有高导电率，其接触电阻应小于1Ω，为碳电极， 包括石墨(棒)、石墨纸、浸涂石墨胶乳的纸膜、涂有掺银单壁碳纳米管胶乳的纸膜(或称纸 电极)，优选为石墨棒、石墨纸或浸涂石墨胶乳纸膜，所述负极㈠材料为金属电极，包括铝(如铝箔)(A1)、A1/A1203、铝镁合金 (Al-Mg合金)、银(Ag)或ΑΙ-iVg合金等的电极，优选为铝箔(Al)负极(-)；所述纸质纤维膜(或称纸膜)包括吸水性好的纯纤维膜如定性定量分析用滤纸 膜、纯棉或棉麻混合型纤维膜，优选为定性定量分析用滤纸膜；所述海带生物质电池电池液(或称电解液)的结构成分包括海带生物质分别与 亲水性高分子(呈饱和水溶液形式)、水及电子授受体材料经分步浸涂或均勻调合而成薄 片状或糊状物或胶液的海带生物质电池电池液。本专利技术所提供的海带生物质电池的电池液制备方法包括下列步骤(1)选用干、鲜海带，经水洗脱去表层盐分，制成干质海带片为海带生物质；或选用干或鲜海带，经水洗脱去表层盐分，经蒸煮后调成糊状“海带泥”为海带生 物质；O)，取上述步骤(1)中的干海带片或“海带泥” 10-30克，用IOOml亲水性高分子 如PVP的饱和水溶液浸提，从中分离出的活性成分海带生物质胶液为海带生物质。(3)，将上述(1)或O)中的海带生物质与电子受体材料，如与富勒烯的亲水性高 分子如PVP饱和水溶液(富勒烯质量百分含量为1-3% )调合制成电池液，其中富勒烯为 C6tl，质量百分数99. 5%，或C6(1/CTO = 85/15(质量比)，优选C6(1/C7(1混合样，用量为富勒烯 /海带生物质质量比=1/10-1. 5/10 ；或将上述(1)中的海带生物质与具有锐钛矿结构的纳米级Ti02(电子受体材料)， 按其质量比为5/100-50/100，优选25/100-40/100调合制成电池液；所述亲水性高分子包括有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇(PVA)，聚乙二醇 (PEG)，聚氧乙烯(PEO)或它们的混合物，均为中低分子量聚合级产品，因其聚合链上均含 有给电子能力强的原子或基团，如氧原子、羟基，其高分子链足够柔顺，并能形成离子通道， 如与碘及其化合物形成分子复合物，使聚合物分子链中存在负载电荷的载流子，如碘离子4(I _、13_、15_)，还具有防止和减少碘蒸发的功能。优选为PVP，其粘均分子量在3000-700000，对应商品牌号 PVP =K12, K17, K19, K30> K90,优选 K19、K30 ；所述电子授受体材料分别包括有作为电子受体材料的富勒烯(C6tl，C60/C70混合 样)，和具有锐钛矿结构的纳米级TiO2 ；以及作为电子授体材料的海藻体内自含的藻胆素， 如藻红素和藻兰素(是一类水溶性色素)，和类胡萝卜素，它是另一类油溶性色素；其最高 含量约为干藻重的2%，这两类色素均是有光合作用功能的光合色素，需要时可补加。本专利技术提供的海带生物质电池的制备是由海带生物质电池的电池液与合理选配 的正极(+)、负极(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种海带生物质电池，其特征在于包括下列电池结构：单层结构电池：正极（＋）／纸质纤维膜／海带电池电池液／纸质纤维膜／负极（－）；或多层结构电池：正极（＋）／纸质纤维膜／海带电池电池液／纸质纤维膜／海带电池电池液／纸质纤维膜……／负极（－）；或单层或多层结构的电池按电池并联或串联构成电池组件；所述正极（＋）为碳电极或浸涂掺Ａｇ单壁碳纳米管胶乳的纸膜；负极（－）为金属电极；所述纸质纤维膜为纯纸质纤维膜，纯棉纤维膜或棉麻混合纤维膜；所述海带电池电池液由海带生物质与亲水性高分子、水、电子授受体材料经分步浸涂或均匀调合，成薄片状、糊状“海带泥”或胶液。
【技术特征摘要】
1.一种海带生物质电池，其特征在于包括下列电池结构单层结构电池正极(+)/纸质纤维膜/海带电池电池液/纸质纤维膜/负极(-)；或多层结构电池正极(+)/纸质纤维膜/海带电池电池液/纸质纤维膜/海带电池电 池液/纸质纤维膜……/负极(-)；或单层或多层结构的电池按电池并联或串联构成电池组件；所述正极(+)为碳电极或浸涂掺Ag单壁碳纳米管胶乳的纸膜；负极(_)为金属电极；所述纸质纤维膜为纯纸质纤维膜，纯棉纤维膜或棉麻混合纤维膜；所述海带电池电池液由海带生物质与亲水性高分子、水、电子授受体材料经分步浸涂 或均勻调合，成薄片状、糊状“海带泥”或胶液。2.根据权利要求1的海带生物质电池，其特征在于所述碳电极为石墨棒或石墨纸；所 述金属电极为Al电极、Ag电极、AVAl2O3电极、Al-Mg合金或Al-Ag合金电极；所述纸质纤 维膜为定性定量分析纸质膜；所述亲水性高分子为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧乙烯或它们的混合 物，均为中低分子量的聚合级产品；所述电子授受体材料为富勒烯C6tl、富勒烯C6(I/CTO、具有锐钛矿结构的纳米级TiO2、藻胆 素或类胡萝卜素，其中富勒烯C6tl质量百分数为99. 5%,C60/C70质量比=85/15 ；所述海带生物质为干海带或鲜海带...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈滇宝，郑弼乾，刘欣，陈红蕾，唐亚明，张玉冰，
申请(专利权)人：陈滇宝，
类型：发明
国别省市：95
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