生物電池的原理、分類(lèi)及特點(diǎn)早在1911年植物學(xué)家Potter用酵母和大腸桿菌進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，就發(fā)現(xiàn)微生物也可以產(chǎn)生電流，從此開(kāi)創(chuàng)了生物電池的研究。生物電池的出現(xiàn)，改變和擴(kuò)大了人們對(duì)電池的認(rèn)識(shí)，并由于生物電池?zé)o毒無(wú)污染，也為人們?cè)跍p少或消除電池對(duì)環(huán)境的污染方面提供了新的途徑。
所謂生物電池，是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。生物質(zhì)蘊(yùn)涵的能量絕大部分來(lái)自于太陽(yáng)能，是綠色植物和光合細(xì)菌通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化而來(lái)的。地球上每年僅由植物捕獲的太陽(yáng)能至少產(chǎn)生4.2×1017千焦耳自由能。這是非常豐富的能源。從原理上來(lái)講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為電能主要是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系密切的氧化還原反應(yīng)。這些氧化還原反應(yīng)彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行生物的能量代謝。
有些反應(yīng)是在單個(gè)酶的催化下完成的，有些反應(yīng)相互聯(lián)系，上一步反應(yīng)的產(chǎn)物是下一步反應(yīng)的底物，形成流水線，有關(guān)的酶組織在一起形成多酶體系共同催化進(jìn)行。這些氧化還原反應(yīng)形成的代謝網(wǎng)絡(luò)可以從不同層次上看成是生物體內(nèi)存在的“生物電池”，甚至可把生物個(gè)體看成“生物電池”。
糖、脂肪、蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)徹底氧化之前，都先經(jīng)過(guò)分解代謝，在不同的分解代謝過(guò)程中都伴有代謝物的脫氫過(guò)程和輔酶NAD+或FAD的還原。這些攜帶著氫離子和電子的還原型輔酶，在最終將氫離子和電子傳遞給氧時(shí)，都經(jīng)歷一段相同的過(guò)程。人們把有機(jī)分子在機(jī)體內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水并釋放能量的過(guò)程稱為生物氧化。
生物氧化實(shí)際上是細(xì)胞呼吸作用中的一系列氧化還原反應(yīng)。任何氧化―――還原物質(zhì)連在一起，都可以有氧化還原電勢(shì)產(chǎn)生。生物體內(nèi)一些重要氧化還原物質(zhì)的氧化還原電勢(shì)已經(jīng)測(cè)出，如下表所示。因此，生物體內(nèi)的氧化還原物質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)，基本原理和化學(xué)電池一樣，可以把生物體內(nèi)的氧化劑和還原劑做成電池。
結(jié)論生物學(xué)對(duì)生命現(xiàn)象的揭示，為生物電池的研制提供了很多啟發(fā)，生物技術(shù)的發(fā)展，又為改進(jìn)生物電池，提高效能提供多種技術(shù)手段。環(huán)境狀況的惡化及能源需求的變化，促使人們對(duì)生物電池重新認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。因此加強(qiáng)生物電池的研究開(kāi)發(fā)，對(duì)生物電學(xué)的基礎(chǔ)理論及相關(guān)技術(shù)的研究具有推動(dòng)作用，對(duì)解決環(huán)境與能源問(wèn)題具有重要意義。
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