電池變變變-葉綠素電池(Chlorophyll Battery)-上

電池變變變-葉綠素電池(Chlorophyll Battery)-上
國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

在現代生活中，電池的使用已經是不可或缺的日常用品，舉凡手電筒、隨身聽、各式遙控器、照相機、麥克風等等都需要接上電池才能使用。

而電池的種類又可分為只能使用一次「一次電池」(一般又稱為「乾電池」)和能重複充電使用的「二次電池」或「蓄電池」。

但無論是何種電池，基本構造原理都是具有正負極，然後中間充滿電解液，經由電化學反應而產生電力。以可充電的鉛酸電池為例，正極是氧化鉛(PbO2)，負極是鉛(Pb)，中間的電解液是硫酸溶液(H2SO4)。放電時，由負極的鉛放出電子，形成鉛離子並與硫酸根離子結合成硫酸鉛；接著電子由外部導線流到正極與氧化鉛、氫離子反應，形成硫酸鉛和水。

反應式如下：
   負極反應(氧化反應)：Pb+SO₄^2-→PbSO₄+2e^–
   正極反應(還原反應)：PbO₂+SO₄^2-+4H⁺+2e^–→PbSO₄+2H₂O

當兩個電極的反應物用盡時，就沒有辦法繼續進行氧化反應，電池就沒電了。但在鉛酸電池中，上述的反應是可逆的，利用外部的直流電來迫使電子由正極流到負極，重新充電，使其可以重複使用！

不論是何種電池，當使用完畢丟棄時，都會對環境造成重金屬污染，因此近來許多研究致力於開發可永續利用的電池。隨著半導體技術的發展，太陽能電池因應而生。電池的兩極以參雜不同雜質半導體取代，一方為具有釋放電子能力的n-type半導體(形成價電帶，valence band)，另一方為能接收電子的p-type半導體(形成導電帶，conduction band)。當兩種type的半導體碰在一起時，價電帶中的某些電子會流向導電帶中的電洞(electron hole)以補足原先導電帶中電子的不足。將電池放在陽光下，陽光中的光子具有足夠的能量可把價電帶原先束縛住的電子給打出，形成自由電子，這個過程稱為光激發(photoexcitation)。

由n-type半導體激發出來的自由電子經由外部電線流到p-type半導體，最後再回到n-type半導體中。如此一來，這種陽光驅動電流產生的太陽能電池，將可重複利用，以減少廢棄電池。

請參閱電池變變變-葉綠素電池(Chlorophyll Battery)-下

參考資料：
1.Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Dye-sensitized solar cell
2.Recharging Your Cellphone, Mother Nature’s Way.
http://www.nytimes.com/1010/01/31/business/31novel.com
3.楊嘉慧。葉綠素電池 沾水即發電。科學人雜誌網路版。
http://sa.ylib.com/saeasylearn/s … ocNo=1522&CL=86