Небольшое предисловие:
Материал очень интересный и очень спорный, основная интрига в последнем абзаце. Поэтому можно прочитать все или пролистать сразу до конца, но вопросы которые заданы в том же последнем абзаце задавали многие из вас, но возможно не в таком ключе...
Автор: В. Ершов (но по материалам зарубежных изданий)
Полупроводниковые приемники и маломощная приемо-передающая аппаратура, фонарик и электрические часы работают от электрохимических источников тока. Но беда в том, что продолжительность их жизни определяется временем разрушения одного из электродов при химическом взаимодействии с электролитом.
Новое же открытие в области источников тока — биохимические топливные элементы или биоэлементы— свободны от этих недостатков. Биоэлементы при работе не выделяют тепла (недостаток электрохимических элементов при работе в космосе), и электроды в процессе работы не разрушаются и не подвергаются коррозии.
Какое количество металла, идущего на изготовление электродов в электрохимических батареях, освободится при замене их биоэлементами! Срок службы таких элементов во много раз больше, чем электрохимических элементов. Принимая во внимание возможность работы био-лементов на таких веществах, как морская вода, различных отбросах органического и неорганического происхождения, можно представить, как широко они будут применяться для электропитания маяков и космических кораблей, шахт и морских судов.
Однако в настоящее время биоэлементы — экспериментальные конструкции с небольшой удельной мощностью. Получены плотности тока порядка нескольких миллиампер на квадратный сантиметр. При покрытии электродов микроорганизмами плотность тока увеличивается.
Подбор соответствующих материалов и конфигураций биоэлементов поможет быстрее использовать их для практических целей. Считают, что лучшими видами топлива для биохимических батарей являются углеводороды, жирные кислоты, спирты, углеводы и мочевина. Лучшие окислители — нитраты, сульфаты и карбонаты. Необходимыми биологическими агентами могут быть бактерии или ферменты.
Получение электрического тока в биоэлементах может происходить с непосредственным или косвенным участием бактерий. Поэтому процессы, происходящие в биоэлементах, разделяются на два класса.
Косвенный способ. Бактерии вырабатывают промежуточный электроактивный материал, такой, как кислород или водород, который выделяется в результате многих биологических процессов. Эти электроактивные материалы (газы) и вступают в электрохимическую реакцию с раствором электролита (рис. 1 ,а).
Подобно тому, как это имеет место в обычных электрохимических элементах, когда разность потенциалов на электродах определяется свойствами металлов, можно получить соответствующую разность потенциалов между различными газами. При паре электроактивных газов водород —- кислород со слабым раствором серной кислоты можно обеспечить эдс элемента порядка двух вольт.
Так как бактерии вырабатывают лишь промежуточный электроактивный материал — водород или кислород, то такой способ получения электрического тока называется косвенным.
Непосредственный способ. В биоэлементах второго типа (рис. 1,6), где бактерии участвуют в реакции непосредственно, активный промежуточный материал существует короткий промежуток времени и обе реакции (биохимическая и электрохимическая) происходят одновременно. В этом случае топливо и бактерии (или ферменты) помещаются в одну из двух секций элемента. Пока в биоэлемент не залит электролит, он работать не может. В присутствии электролита бактерий «начинают» электрохимическую реакцию.
В литературе имеются сообщения об испытании биоэлементов, рассмотренных типов, фирмами Америки и о постройке многоваттного биоэлемента, работающего на сернокислом магнии, предназначенного для работы в океане (сернокислого магния много в водах океана). Сообщается, также о биоэлементах, работающих на мочевине.
Некоторые специалисты, судя по литературным источникам, представляют себе механизм получения тока в биоэлементах иначе. Они считают, что бактерии не потребляют твердой пищи, а фактически используют в качестве «питания» электрические заряды. Разрез биологического элемента, в котором бактерии «едят» электроны, схематично показан на рис. 2.
Элемент состоит из сосуда, разделенного на два отсека пористой перегородкой. В каждом отсеке помещено по инертному электроду. Электролитом служит слабый раствор серной кислоты. Неорганический материал (железный купорос) в одном из отсеков реагирует с кислотой, освобождая электроны и водород. Происходит химическая реакция:
Железо переходит из двухвалентного в трехвалентное, теряя при этом электрон.
Потребляя электроны, бактерии превращают в воду кислород и ионы водорода, при этом происходит следующая химическая реакция:
При соединении проволокой электродов между собой по ней пойдет ток, электронами будут «питаться» бактерии.
Последний абзац: Эта статья была опубликована в журнале Радио №2/1963 год. В 1963 году (уже!) были построены и протестированы батареи довольно большой мощности, но сегодня спустя 60(!) лет мы используем только химические источники тока, стараясь усовершенствовать их различными способами. Как же так? Да размеры, да новые материалы в качестве электродов и электролитов. Но срок службы, но цена материалов, нов возможность возобновления (перезаправки) элементарными (подножными материалами?? Вопросов много...