نظرة عامة على البطارية الحيوية - مبدأ العمل وأنواعه وتطبيقاته

جرب أداة القضاء على المشاكل





البطارية عبارة عن جهاز كهربائي يستخدم لتغيير الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. تُصنف البطاريات إلى أنواع مختلفة بناءً على التطبيق ، وتُستخدم في العديد من الأجهزة الكهربائية والإلكترونية. ان بطارية كهربائية يحتوي على مواد كيميائية معينة مثل مركبات الزئبق والرصاص وما إلى ذلك ، كما أن الرصاص في البطارية يعتبر شديد الخطورة بطبيعته وغير صديق للبيئة. بصرف النظر عن ذلك ، هناك فرصة للتسرب الكيميائي وكذلك انفجار البطارية في بعض الحالات. للتغلب على هذه المشكلة قام الباحثون باختراع البطارية الحيوية التي تقلل من تأثير هذه المواد الكيميائية وتقلل من الضرر الذي يلحق بالبيئة مما يعطي ميزة كبيرة للإنسان.

ما هي البطارية الحيوية؟

البطارية الحيوية عبارة عن جهاز لتخزين الطاقة الكهربائية يستخدم في العديد من التطبيقات. يمكن تشغيل هذه البطارية بمساعدة المركبات العضوية المتوفرة في شكل جلوكوز يستخدم في أجسام البشر.




في عملية هضم جسم الإنسان ، حيث تقوم الإنزيمات بتفكيك إلكترونات الجلوكوز ، وكذلك البروتونات. وبالتالي من خلال استخدام الإنزيمات لتفكيك الجلوكوز ، ستحصل هذه البطاريات على الطاقة من الجلوكوز مباشرة. ثم تقوم هذه البطاريات بتخزين الطاقة للغرض المستقبلي.

هذه الفكرة مطابقة تقريبًا لكيفية حصول كل من النباتات والحيوانات على الطاقة. على الرغم من أن هذه البطاريات لا تزال قيد الفحص قبل بيعها. هناك العديد من الباحثين وكذلك المهندسين يعملون من أجل التطوير المستقبلي لهذه البطاريات.



البطارية الحيوية

البطارية الحيوية

بناء البطارية الحيوية

يمكن عمل بناء البطارية الحيوية باستخدام أربعة مكونات مثل الأنود والكاثود والإلكتروليت والفاصل.

كل هذه المكونات الأربعة مطلية ببعضها البعض بحيث تتراكم معًا. على غرار البطاريات الأخرى ، في هذه البطاريات ، يتم شحن الأنود سلبًا وكذلك يتم شحن الكاثود بشكل إيجابي. يسمح الاختلاف الرئيسي بين الأنود والكاثود بتدفق الإلكترونات داخلها وبعيدًا عنها. في بناء البطارية الحيوية ، يتم وضع طرف الأنود في الجزء العلوي من البطارية بينما يتم وضع طرف الكاثود في الجزء السفلي من البطارية. بين هاتين المحطتين يتم وضع المنحل بالكهرباء والذي يتضمن فاصل.


هنا ، يلعب الفاصل دورًا رئيسيًا عن طريق فصل الأنود ومحطات الكاثود عن بعضها البعض والتي يمكن أن تؤدي إلى تجنب ماس كهربائى وإلا ستتلف البطارية بأكملها. في هذا النظام ، سيتم توليد الكهرباء من خلال تدفق الإلكترونات وكذلك البروتونات. لأن مصدر الطاقة الرئيسي للبطارية الحيوية هو الجلوكوز ، لذا فهو يتطلب الكثير من الجلوكوز لتوليد الكهرباء. في البطارية الحيوية ، يمكن تفكيك الجلوكوز وفقًا لنفس القاعدة بينما يتم تقسيمه إلى أجزاء صغيرة في جسم الإنسان.

بناء البطارية الحيوية

بناء البطارية الحيوية

مبدأ عمل البطارية الحيوية

يظهر عمل بطارية Bio أسفل الرسم التخطيطي. يستخدم هذا النظام تدفق الإلكترونات وكذلك البروتونات لتوليد الكهرباء. يمكن أن تحدث حركة البروتون بسبب القوة المتحركة المعروفة بالتيار. يمكن أن يكون تدفق الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود بينما يمكن أن يكون تدفق التيار من الكاثود إلى الأنود. تتم مناقشة عملية عمل البطارية الحيوية أدناه.

  • في الشكل أعلاه ، يتم استخدام الجلوكوز في جانب الأنود بينما يستخدم الإنزيم في جانب الكاثود
  • ينقسم الجلوكوز إلى إلكترونات وبروتونات
  • يمكن أن ينتقل تدفق البروتونات إلى جانب الكاثود عبر فاصل ويمكن أن تنتقل إلكترونات التدفق إلى جانب الكاثود عبر وسيط.
  • تُستخدم الإنزيمات في جانب القطب السالب الذي يولد الماء بواسطة كل من البروتونات والإلكترونات المنتقلة من جانب الأنود. هنا ، يتم استخدام رد فعل تقليل الأكسجين هنا.
  • التفاعلات المذكورة أعلاه سوف تولد الإلكترونات وكذلك البروتونات في النظام. أخيرًا ، سيتم توليد الطاقة الكهربائية.
تعمل Dio-Battery

تعمل Dio-Battery

أنواع البطاريات الحيوية

يتم تصنيف البطاريات الحيوية إلى عدة أنواع مثل البطاريات الحيوية الإنزيمية ، والبطاريات الحيوية الميكروبية ، والبطاريات الحيوية القائمة على سائل الجسم ، والبطاريات الحيوية القائمة على السليلوز ، وما إلى ذلك.

1) البطارية الحيوية الأنزيمية: في هذا النوع من البطاريات ، يتم استخدام العوامل البيوكيميائية (الإنزيمات) لتحطيم الركيزة.

2) البطارية الحيوية الميكروبية: في هذا النوع من البطاريات ، يتم استخدام الكائنات الحية الدقيقة مثل Escherichia coli ، والبكتيريا الكهربائية ، لتحطيم الركيزة.

مزايا البطارية الحيوية

  • تعتبر البطاريات الحيوية أسرع بكثير في شحن الأجهزة بسبب العمل السريع للإنزيمات عند مقارنتها بالبطاريات الأخرى.
  • لا تتطلب البطاريات الحيوية خارجية مزود الطاقة بسبب الإمداد المستمر بالجلوكوز أو السكر.
  • تتوفر البطاريات الحيوية بكثافة عالية للطاقة ويمكن استخدامها بسهولة في درجة حرارة الغرفة.
  • البطاريات الحيوية غير ملوثة تمامًا ومتجددة وصديقة للبيئة أيضًا.
  • تعتبر البطاريات الحيوية آمنة جدًا للاستخدام نظرًا لعدم وجود تسرب وانفجارات مثل البطاريات الكيميائية.

عيوب البطارية الحيوية

  • ال البطاريات الحيوية تحافظ على كمية أقل من الطاقة مقارنة بالبطاريات الكهربائية القائمة على الليثيوم.
  • لا يمكن استخدام هذه البطاريات على المدى الطويل وكذلك للتخزين

تطبيقات البطارية الحيوية

ال تطبيقات البطارية الحيوية تشمل ما يلي.

  • تُستخدم البطاريات الحيوية في عمليات الزرع الطبية مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب ومضخات الأنسولين وما إلى ذلك.
  • يمكن استخدامه كشاحن للأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة وعلامات التبويب وبنوك الطاقة وما إلى ذلك.
  • يمكن استخدام البطاريات الحيوية للألعاب وكذلك على بطاقات المعايدة
  • تستخدم البطاريات الحيوية في مجال الدفاع في أجهزة الاستشعار عن بعد ، أجهزة التجسس وكذلك المراقبة.

وبالتالي ، فإن هذا كله يتعلق ببناء البطاريات الحيوية والعمل مزايا وعيوب البطارية الحيوية وتطبيقاتها. في الأيام الأخيرة ، تم زيادة إنتاج هذه البطاريات وكذلك الأبحاث بسبب العديد من الميزات مثل صديقة للبيئة ولم تستخدم المعادن أو المواد الكيميائية الخطرة. هنا سؤال لك ، كيف تصنع Bio-Battery؟