可伸展的生物燃料電池的可穿戴設備

【概要】一組工程師開發了可拉伸的燃料電池，從汗液中提取能量，并能夠為電子設備供電，如LED和藍牙無線電。生物燃料電池每個表面積的功率比任何現有的可穿戴式生物燃料電池多出10倍。這些設備可供電于一系列可穿戴設備。

【圖注】生物燃料電池可以伸展和彎曲，符合人體力學。

? ? ? ? ?表皮生物燃料電池使該領域得到重大突破，一直在努力使設備具有足夠的伸縮性和足夠的強度。來自加利福尼亞大學圣地亞哥分校的工程師能夠通過結合先進化學，先進的材料和電子接口來實現這一突破。這允許他們通過使用光刻技術和使用絲網印刷來制造3D碳納米管基板的陰極和陽極陣列來構建可伸縮的電子基礎。生物燃料電池配備有相應酶，該酶可氧化人體汗液中存在的乳酸以產生電流，這將會把汗水變成一個電源。工程師們描述了他們如何將生物燃料電池連接到制定的電路板上，并且證明該裝置能夠給一個LED供電，而一個穿著它的人可行駛自行車。

群島和橋梁

? ? ? ? ?為了兼容可穿戴設備，生物燃料電池需要靈活性和可拉伸性。所以工程師決定使用他們所說的“徐州”研究組開發的“橋島”結構。本質上，電池由各種以彈簧形結構連接的點列組成。一半格點組成電池的陽極，另一半是陰極。彈簧狀結構可以拉伸和彎曲，保持電池的柔性而不會使陽極和陰極變形。接著，研究人員使用絲網印刷在陽極和陰極點頂部沉積生物燃料材料層。

增加能量密度

? ? ? ? ?研究人員面臨的最大挑戰是增加生物燃料電池的能量密度，即每表面積可產生的能量。增加能源密度是提高生物燃料電池性能的關鍵。細胞產生的能量越多，它們就越強大。“我們需要找出使用材料的最佳組合以及使用它們的比例，”這位論文第一作者之一的Amay Bandodkar說。

? ? ? ? 為了提高功率密度，工程師在陽極和陰極頂部印刷了3D碳納米管結構。該結構允許工程師使用更多在陰極點處與乳酸和氧化銀反應的酶來負載每個陽極點。此外，管使得電子更易轉移，這大幅提高了生物燃料電池的性能。

測試應用程序

? ? ? ? 生物燃料電池可連接到Mercier研究組制造的定制電路板。該板是一個DC / DC轉換器，可以消除燃料電池產生的電力，隨著用戶產生的汗水量而變化，并將其轉換為恒定電力的恒定電壓。研究人員配備四個項目與生物燃料電池板組合，并讓他們在一輛固定的自行車上運行，受試者能夠為藍色LED供電約四分鐘。
下一步，未來的工作需要在兩個方面。首先，在陰極處使用的氧化銀是隨時間而降解的光敏感材料。從長遠來看，研究人員需要找到更穩定的材料。此外，一個人的汗水中的乳酸濃度隨時間而被稀釋。這就是為什么項目在騎自行車時只能點亮LED四分鐘。該團隊正在探索一種在乳酸濃度足夠高時儲存能量的方法，然后逐漸釋放。

文獻鏈接：Stretchable biofuel cells extract energy from sweat to power wearable devices?
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