葉綠素電池沾水即發電
2011-05-01記者:文／楊嘉慧 審稿／虎尾科技大學光電所教授�
隨著電子產品的發展，電化學電池的使用需求日益增加，其中 3 號乾電池的使用量為所有乾電池之冠，全球每年消耗量高達 1400 多億個，台灣則有 5 億個。這類電化學電池若未經適當處理而任意丟棄，將造成重金屬污染。虎尾科技大學光電所教授廖重賓與研究生楊秉晃、陳俊郎等，合力開發的葉綠素有機電池，材料只有葉綠素及幾種導電材料，不僅環保，而且加水即可發電的特性，還可應用在救生背心及尿布產品，獲得2008年台北國際發明競賽的金牌。
楊秉晃表示，葉綠素有機電池的構想來自模仿植物的光合作用，即葉綠素（chlorophyll）吸光、遇水後，會先成為離子態（C55H72O5N42- 、Mg2+），再進行化學反應。電池的基本結構包含電解質與導電材質等，若將其中電解質以葉綠素替代，加水形成離子態後，一樣會有發電效果。更特別的是，葉綠素形成離子態後，還可與水進行氧化還原反應，產生電流。
不過，葉綠素池的最大難題是葉綠素為弱電解質，一開始研發的電池原型只能產生約 0.7V 的電壓、1mA 的電流（一般電池的電流約 1200 mA），甚至無法使鬧鐘或計算機運作。為了改善情況，研究人員提高葉綠素使用量，並增加接觸水的面積。他們將粉狀葉綠素壓實做成片狀，外覆以鋁箔紙捲曲起來，再讓其吸水產生電力。然而單單讓電池充份吸水，就得花兩個多小時，而且吸水量太多又會破壞電池結構，因此增加葉綠素並非理想做法。他們持續改善電池結構，並嘗試實驗各種集流體材料（收集正、負電子的載體），終於做出可以取代 3 號電池的有機電池，其電壓為 1.5V、電流在 850mA 以上，已能驅動 MP3，四顆串聯的葉綠素電池也可點亮白光LED頭燈達整整四天之久。
葉綠素電池在結構及製程上，還有許多待改善的空間，不過廖重賓表示，葉綠素電池只要遇水即可運作，即使是尿液、鹽水、可樂等也能使它發電，未來若能結合 IC 晶片，可開發出遇水會發出音樂的尿布，或發出求救訊號的救生衣產品，成為兼具感應水份與發電雙重功能的產品，應用前景相當可觀。
電池的電力來源
在我們生活中，電池幾乎是不可或缺的日常用品。市面上各種電池，例如鋅錳乾電池、鹼性乾電池、鉛酸電池等，都是利用氧化還原反應產生電流的電化學電池。
電化學電池有兩個電極，進行氧化反應的為負極（失去電子），發生還原反應的為正極（得到電子）。負極與正極之間有一段距離，中間為液態或固態電解質，含有帶電離子。當電池接上電器產品後，電池會開始進行化學反應，負極放出電子，電子由外電路流至正極，回到電池。
舉例來說，鉛酸電池是以氧化鉛（PbO2）為正極、鉛（Pb）為負極、硫酸溶液（H2SO4）為電解質，放電時，負極的鉛釋出電子，形成鉛離子，並和硫酸根離子合成硫酸鉛；接著電子自外電線流至正極的二氧化鉛，並與氫離子、硫酸根離子一同形成硫酸鉛和水。
當兩個電極之一或兩邊都沒有反應物可用，也就是進行氧化還原反應的化合物耗盡，就沒有電力了。在不可充電的電池中，提供能量的化學反應不易進行逆反應，反應物耗盡後，電池就無法繼續供電。在鉛酸電池等可充電電池中，反應是可逆的，因此來自外部的直流電可迫使電子由正極流到負極，直到電池充飽為止。
【欲閱讀完整的豐富內容，請參閱http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasylearnshow.asp?FDocNo=1522&CL=86】
【科學Easy Learn網路版‧行政院國科會補助案】
留言
張貼留言