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关于葡萄糖(生物)燃料电池理论开路电位的计算

已有 2931 次阅读 2017-9-16 06:01 |系统分类:科研笔记|关键词:葡萄糖,电池,计算| 电池, 计算, 葡萄糖


葡萄糖(生物)燃料电池(glucose bio-/fuel cell)是在阳极(anode)进行葡萄糖的两电子氧化和在阴极(cathode)上进行氧气还原的一种能量转换器件。因为过电势的存在导致该类电池无法实现其理论开路电位(open circuit voltage, OCV)。然而就其OCV的计算也是存在误解/争议的。


这是因为葡萄糖的两电子传输过程的氧化产物的使用不同。我们可以采用简单的公式进行电池OCV的计算(公式见下图)。吉布斯自由能的变化是产物和反应物的差值。




然而采用的氧化产物不同,计算得得值就不一样。葡萄糖的两电子传输过程的氧化直接产物是葡萄糖酸内酯(gluconolactone,标记为反应物1),其立马水解(hydrolysis)成为葡萄糖酸(gluconic acid,标记为反应物2)。后面的这个水解过程是一个非法拉第反应,本不应该涉入到OCV的计算中。所以当使用电池产物为1时,计算得到的是1.179 V;电池反应产物为2时,计算得到1.3V



实际实验中能很少能有可以达到1 V左右的电池。在理论模拟时,采用不同的产物来计算,则可能会带来麻烦。




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