用3D打印和酶開發(fā)的生物燃料電池能將汗水轉(zhuǎn)化為電能

美國加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)雅各布工程學(xué)院的一個工程師團隊宣布了一項突破性的發(fā)明——可以從人體汗水中提取能量的可伸展生物燃料電池。這種電池能為藍(lán)牙無線電和LED等可穿戴電子設(shè)備供電，每個單位面積產(chǎn)生的電量是現(xiàn)有的可穿戴生物燃料電池的10倍。這項研究已經(jīng)發(fā)表在《Energy & Environmental Science》雜志上。

之所以能從汗液中提取能量是因為電池里有一種酶，能氧化汗液中的乳酸并產(chǎn)生電流。通過使用絲網(wǎng)印刷、平板印刷和3D打印，雅各布工程學(xué)院團隊制作了一個可伸展的電氣基礎(chǔ)，以創(chuàng)建基于碳納米管的陰極和陽極陣列。在論文中，研究人員解釋了他們?nèi)绾螌⑦@種生物燃料電池連接到一個定制電路板上，然后能為LED供電。

為了具有更好的可穿戴性，該團隊的生物燃料電池必須是可拉伸的，所以他們使用了一種被稱為橋梁和島嶼的結(jié)構(gòu)，一排排的點構(gòu)成了電池，所有這些點都由可以彎曲和拉伸的彈簧狀結(jié)構(gòu)連接在一起。一半的點構(gòu)成電池的陰極，而另一半構(gòu)成陽極，并且由于這種結(jié)構(gòu)具有的靈活性，當(dāng)生物燃料電池彎曲時也不變形。結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是金，是用平板印刷技術(shù)制造的。然后，團隊使用絲網(wǎng)印刷在點上沉積了多層生物燃料。

到了這一步，研究人員迎來了項目的最大挑戰(zhàn) - 增加生物燃料電池的能量密度�！拔覀冃枰�找出最佳的材料組合以及它們的使用比例，”研究人員解釋說。該團隊在生物燃料電池陽極和陰極的頂部絲網(wǎng)印刷了一個3D碳納米管結(jié)構(gòu)，此舉能讓他們將更多的汗反應(yīng)酶添加到每個陽極點上，以及將氧化銀添加到陰極點上。通過讓電子傳遞更容易，3D打印碳納米管還改善了生物燃料電池的性能。

研究小組制造了一個定制的電路板——一個DC / DC轉(zhuǎn)換器，能接收電池產(chǎn)生的電量并使其更均勻（因為電量會隨著人體產(chǎn)生的汗水量而變化），然后將電量轉(zhuǎn)換為電壓恒定的恒定動力。

生物燃料電池被連接到電路板上。之后，四個測試對象戴上這種生物燃料電池--電路板組合，同時踩一輛固定的運動自行車。隨著測試對象的出汗，生物燃料電池--電路板組合能為藍(lán)色LED供電四分鐘。

研究團隊仍然有許多工作要做，首先要找到比感光和隨時間推移而分解的氧化銀更穩(wěn)定的陰極材料。此外，用測試對象汗水產(chǎn)生的電量只能讓LED亮四分鐘，因為汗水中的乳酸濃度隨著時間的推移而稀釋。研究人員目前正在研究方法來儲存在乳酸濃度較高時產(chǎn)生的電量，然后逐漸釋放。

來源：天 工 社
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