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新型生物FC可将汗水转化为电能

时间:2017-09-19 07:51:36来源:中国氢能源网

  据国外网站报道:近日,美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)雅各布工程学院研究人员宣布了一项突破性的发明:一种可以从人体汗液中提取能量的可伸展生物燃料电池。这种电池能为LED、蓝牙适配器等电子设备供电。据报道,最新开发的生物燃料电池其单位面积产生的电量是现有可穿戴生物燃料电池的10倍。该型燃料电池可用于为一系列可穿戴设备供电。该项研究目前已发表在《Energy & Environmental Science》杂志上。

电池能从汗液中提取能量的能力源于中含有一种酶,该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打印技术,雅各布工程学院研究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,然后为LED供电的。

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为了具有更好的可穿戴性,该团队开发的生物燃料电池必须是可拉伸的,所以他们使用了一种桥梁和岛屿的结构,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。此外,由于这种结构具有很好的灵活性,当生物燃料电池弯曲时也不变形。基材使用的是金,用平板印刷技术制造,而后使用丝网印刷在点上沉积多层生物燃料。

到了这一步,研究人员迎来了项目的最大挑战---增加生物燃料电池能量密度。要提高该型燃料电池能量密度,研究人员需要找出最佳的材料组合以及它们的使用比例。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,利用该结构使得更多的汗液反应酶添加到每个阳极点上,同时将氧化银添加到阴极点上,以让电子传递更容易。

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研究团队开发了一个特殊的电路板,它事实上是一个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液多少而变化),然后将电量转换为恒定功率对外输出。

四个测试人员戴上这种生物燃料电池-电路板组合装置,骑同一辆自行车。随着测试过程的进行,测试人员开始出汗,实验结果显示该装置可为蓝色LED持续供电4分钟。

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研究团队后续仍然有很多工作要做,首先是要找到比现用氧化银更稳定的阴极材料。此外,由于汗水中的乳酸浓度随着时间的推移会稀释,测试结果也表明汗水产生的电量只能为LED供电4分钟。因此,研究人员需要研究新方法来储存在乳酸浓度较高时产生的电量,然后为可穿戴设备供电过程中逐渐释放存储的电能。

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