[發明專利]具有燃料貯存器的生物電池

在審

• 申請號: 201980038313.7
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN112236891A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 艾倫·勒高夫;揚尼格·內德雷克;卡羅琳·阿布魯;塞吉·科斯尼爾;邁克爾·荷辛格
• 申請（專利權）人: 法國國家科研中心;阿爾卑斯-格勒諾布爾大學;里昂中央理工學院;里昂第一大學
• 主分類號: H01M8/1025
• 分類號: H01M8/1025;H01M8/16;H01M8/04082;H01M8/0284
• 代理公司: 北京漢鼎理利專利代理事務所(特殊普通合伙) 11618
• 代理人: 陶梅;趙晶

本發明涉及一種生物電池(1)，其具有意圖與液體介質接觸并且與包括氧化劑的流體介質接觸的生物燃料貯存器。所述生物電池包括第一電化學電池，所述第一電化學電池包括：陽極(5)，其包括能夠催化所述生物燃料的氧化的第一酶；陰極(7)，其包括能夠催化氧化劑的還原的第二酶；以及安置于所述陽極(5)與所述陰極(7)之間的分隔性多孔膜(3)，所述膜為電絕緣的并且對所述液體介質可滲透。所述生物電池(1)的特征在于其包括用于存儲所述生物燃料(3)并且用于將所述液體介質提供到所述陽極(5)的生物燃料存儲構件，所述構件包括與所述陽極(5)接觸的親水性多孔材料，并且所述構件具有500到900g/m²的面密度。

技術領域

本發明涉及一種酶燃料電池或生物電池，涉及其用于檢測或氧化如葡萄糖的生物燃料的用途，涉及包括其的套組以及并入所述生物電池的電氣或電子裝置。本發明還涉及制造這種生物電池的方法以及包括至少兩個根據本發明的生物電池的組合件。

背景技術

燃料電池技術是基于將化學能轉換成電能。如葡萄糖的有機分子為許多活生物體的最重要能量來源之一，并且可以視為安全、易處理和可消耗的，并且因此可生物降解的生物燃料。

生物燃料酶電池(也稱為生物電池)使用酶從如氧氣、甲醇、葡萄糖或淀粉的生物學基底產生能量或電力。生物電池在酶化合物存在下轉化生物燃料，從而產生電力。通過葡萄糖氧化(GBFC)而起作用的最熟知的生物電池為使用并入其中并且具有反應的催化功能的酶通過陽極處的氧化來轉化葡萄糖以產生電力的此類電池。陰極的功能通常為還原氧氣，并且可以包含或可以不包含催化這個反應的酶。

酶為貴金屬催化劑的有前景的替代物，因為其大部分在中性pH和室溫下工作并且提供極少或無毒性，而其它金屬基催化劑則沒有這種情況。因此，此類生物燃料生物電池可以非常容易地回收并且呈現作為電流產生器的生態替代物，尤其用于一次性裝置。

本發明更確切地說涉及“紐扣”型生物電池的制造，也就是說，大小較小并且能夠提供等同于金屬基鈕扣電池的電力，并且其可以任選地被丟棄而沒有環境風險。如今，紐扣電池和堿性電池并非如此。這種綠色技術可以為與每天使用的基于鋅、鋰或錳電池的回收相關的問題提供原始解決方案。在不存在金屬的情況下，根據本發明的裝置還描述一種對于金屬檢測器來說不可見的便攜式能量源。

替代或另外地，根據本發明的裝置旨在使得在其它常規能量源(風、太陽能等)不可用時產生用于特定需要的電能。實際上，酶具有使得在復合介質中產生電力的獨特選擇性，其可以允許使用液體并且尤其各種生物學流體：糖(葡萄糖)、糖漿飲品、生理流體(動物的唾液、血液、尿液)或植物來源(果汁)等)作為活化劑和/或燃料。在這種情形下，術語“燃料”和“生物燃料”可互換。

在這些方面，在能夠將此類生物燃料電池投入商業應用中之前，必須克服重要的挑戰。

確切地說，其應該優選地大小較小(面積為1cm²到5cm²)，或甚至極小(面積為小于0.5cm²)，并且被設計成能夠替換一次性裝置中頻繁使用的“紐扣”型電池。其應該宜易于回收，并且優選地便宜。

因此，本發明尤其旨在解決提供生物燃料電池的問題，尤其使得其在一次性裝置中使用的設計，所述一次性裝置事便宜的(鈕扣電池類)或被設計用于一次性使用，優選較小大小，并且宜使得燃料和氧化劑最優化進入電化學電池，以產生最大量的能量。另外，有利的是，這種生物燃料電池可以用于若干生物燃料生物電池或電化學電池的組合件中，以產生可持續并且再生的能量。

因此，一般來說，本發明旨在解決生物電池的容易并且低成本制造，以及其集成到或多或少復雜的電路中的問題，其中產生的電流密度足夠高以運作所述裝置。有利的是，所輸送的電壓足夠可靠地運作裝置。

發明內容