可伸展的生物燃料电池的可穿戴设备

【概要】一组工程师开发了可拉伸的燃料电池，从汗液中提取能量，并能够为电子设备供电，如LED和蓝牙无线电。生物燃料电池每个表面积的功率比任何现有的可穿戴式生物燃料电池多出10倍。这些设备可供电于一系列可穿戴设备。

【图注】生物燃料电池可以伸展和弯曲，符合人体力学。

表皮生物燃料电池使该领域得到重大突破，一直在努力使设备具有足够的伸缩性和足够的强度。来自加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师能够通过结合先进化学，先进的材料和电子接口来实现这一突破。这允许他们通过使用光刻技术和使用丝网印刷来制造3D碳纳米管基板的阴极和阳极阵列来构建可伸缩的电子基础。生物燃料电池配备有相应酶，该酶可氧化人体汗液中存在的乳酸以产生电流，这将会把汗水变成一个电源。工程师们描述了他们如何将生物燃料电池连接到制定的电路板上，并且证明该装置能够给一个LED供电，而一个穿着它的人可行驶自行车。

群岛和桥梁

为了兼容可穿戴设备，生物燃料电池需要灵活性和可拉伸性。所以工程师决定使用他们所说的“徐州”研究组开发的“桥岛”结构。本质上，电池由各种以弹簧形结构连接的点列组成。一半格点组成电池的阳极，另一半是阴极。弹簧状结构可以拉伸和弯曲，保持电池的柔性而不会使阳极和阴极变形。接着，研究人员使用丝网印刷在阳极和阴极点顶部沉积生物燃料材料层。

增加能量密度

研究人员面临的最大挑战是增加生物燃料电池的能量密度，即每表面积可产生的能量。增加能源密度是提高生物燃料电池性能的关键。细胞产生的能量越多，它们就越强大。“我们需要找出使用材料的最佳组合以及使用它们的比例，”这位论文第一作者之一的Amay Bandodkar说。

为了提高功率密度，工程师在阳极和阴极顶部印刷了3D碳纳米管结构。该结构允许工程师使用更多在阴极点处与乳酸和氧化银反应的酶来负载每个阳极点。此外，管使得电子更易转移，这大幅提高了生物燃料电池的性能。

测试应用程序

生物燃料电池可连接到Mercier研究组制造的定制电路板。该板是一个DC / DC转换器，可以消除燃料电池产生的电力，随着用户产生的汗水量而变化，并将其转换为恒定电力的恒定电压。研究人员配备四个项目与生物燃料电池板组合，并让他们在一辆固定的自行车上运行，受试者能够为蓝色LED供电约四分钟。
下一步，未来的工作需要在两个方面。首先，在阴极处使用的氧化银是随时间而降解的光敏感材料。从长远来看，研究人员需要找到更稳定的材料。此外，一个人的汗水中的乳酸浓度随时间而被稀释。这就是为什么项目在骑自行车时只能点亮LED四分钟。该团队正在探索一种在乳酸浓度足够高时储存能量的方法，然后逐渐释放。

文献链接：Stretchable biofuel cells extract energy from sweat to power wearable devices
本文由材料人编辑部LoswimM编辑，点我加入材料人编辑部。

材料测试，数据分析，上测试谷。