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用3D打印和酶开发的生物燃料电池能将汗水转化为电能
来源: | 作者:pmo4d8dbe | 发布时间: 2017-08-28 | 384 次浏览 | 分享到:
美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)雅各布工程学院的一个工程师团队宣布了一项突破性的发明——可以从人体汗水中提取能量的可伸展生物燃料电池。这种电池能为蓝牙无线电和LED等可穿戴电子设备供电,每个单位面积产生的电量是现有的可穿戴生物燃料电池的10倍。这项研究已经发表在《Energy&Environmental Science》杂志上。

  美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)雅各布工程学院的一个工程师团队宣布了一项突破性的发明——可以从人体汗水中提取能量的可伸展生物燃料电池。这种电池能为蓝牙无线电和LED等可穿戴电子设备供电,每个单位面积产生的电量是现有的可穿戴生物燃料电池的10倍。这项研究已经发表在《Energy&Environmental Science》杂志上。

  之所以能从汗液中提取能量是因为电池里有一种酶,能氧化汗液中的乳酸并产生电流。通过使用丝网印刷、平板印刷和3D打印,雅各布工程学院团队制作了一个可伸展的电气基础,以创建基于碳纳米管的阴极和阳极阵列。在论文中,研究人员解释了他们如何将这种生物燃料电池连接到一个定制电路板上,然后能为LED供电。

  为了具有更好的可穿戴性,该团队的生物燃料电池必须是可拉伸的,所以他们使用了一种被称为桥梁和岛屿的结构,一排排的点构成了电池,所有这些点都由可以弯曲和拉伸的弹簧状结构连接在一起。一半的点构成电池的阴极,而另一半构成阳极,并且由于这种结构具有的灵活性,当生物燃料电池弯曲时也不变形。结构的基础是金,是用平板印刷技术制造的。然后,团队使用丝网印刷在点上沉积了多层生物燃料。

  到了这一步,研究人员迎来了项目的最大挑战-增加生物燃料电池的能量密度。“我们需要找出最佳的材料组合以及它们的使用比例,”研究人员解释说。该团队在生物燃料电池阳极和阴极的顶部丝网印刷了一个3D碳纳米管结构,此举能让他们将更多的汗反应酶添加到每个阳极点上,以及将氧化银添加到阴极点上。通过让电子传递更容易,3D打印碳纳米管还改善了生物燃料电池的性能。

  研究小组制造了一个定制的电路板——一个DC/DC转换器,能接收电池产生的电量并使其更均匀(因为电量会随着人体产生的汗水量而变化),然后将电量转换为电压恒定的恒定动力。

  生物燃料电池被连接到电路板上。之后,四个测试对象戴上这种生物燃料电池--电路板组合,同时踩一辆固定的运动自行车。随着测试对象的出汗,生物燃料电池--电路板组合能为蓝色LED供电四分钟。

  研究团队仍然有许多工作要做,首先要找到比感光和随时间推移而分解的氧化银更稳定的阴极材料。此外,用测试对象汗水产生的电量只能让LED亮四分钟,因为汗水中的乳酸浓度随着时间的推移而稀释。研究人员目前正在研究方法来储存在乳酸浓度较高时产生的电量,然后逐渐释放。

 
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