一组工程师开发出可伸缩的燃料电池，可以从汗液中提取能量，并能够为LED和蓝牙无线电等电子设备供电。与任何现有的可穿戴生物燃料电池相比，生物燃料电池每表面积产生的功率是其10倍。这些设备可用于为一系列可穿戴设备供电。

表皮生物燃料电池是该领域的一个重大突破，一直在努力使这些设备足够可伸缩和足够强大。加州大学圣地亚哥分校的工程师凭借巧妙的化学，先进的材料和电子接口，实现了这一突破。这使他们能够通过使用光刻和使用丝网印刷来制造可拉伸的电子基础，以制造基于3D碳纳米管的阴极和阳极阵列。

生物燃料电池配备有酶，其氧化人汗液中存在的乳酸以产生电流。这将汗水变成了力量的源泉。

(资料图)

工程师在6月份的能源与环境科学杂志上报告了他们的研究结果。在论文中，他们描述了他们如何将生物燃料电池连接到定制的电路板，并证明该设备能够为一个戴着它的人在固定自行车上运动时为LED供电。负责加州大学圣地亚哥分校可穿戴传感器中心的Joseph Wang教授与电气工程教授和中心联合主任Patrick Mercier以及纳旭工程学教授盛旭合作领导了这项研究，他们都在雅各布工程学院加州圣地亚哥分校。 。

群岛和桥梁

为了与可穿戴设备兼容，生物燃料电池需要具有灵活性和可伸缩性。因此，工程师们决定使用他们所谓的徐桥研究小组开发的“桥梁和岛屿”结构。基本上，单元由多排点组成，每个点由弹簧形结构连接。一半的点组成了电池的阳极; 另一半是阴极。弹簧状结构可以伸展和弯曲，使电池具有柔性，而不会使阳极和阴极变形。

岛屿和桥梁结构的基础是通过光刻制造的，并且由金制成。作为第二步，研究人员使用丝网印刷在阳极和阴极点的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，这意味着每个表面积可以产生的能量。提高能量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。

“我们需要找出最佳的材料组合以及使用它们的比例，”该论文的第一作者之一Amay Bandodkar表示，他当时是博士。王的研究小组的学生。他现在是西北大学的博士后研究员。

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。该结构允许工程师加载每个阳极点，其中更多的酶与阴极点处的乳酸和氧化银反应。此外，管子允许更容易的电子转移，这改善了生物燃料电池的性能。

该生物燃料电池连接到Mercier的的研究小组制造定制的电路板。该板是一个DC / DC转换器，它可以均衡燃料电池产生的电能，该电能随着用户产生的汗量而波动，并在恒定电压下变为恒定功率。

研究人员为四名受试者配备了生物燃料细胞 - 板组合，让他们在固定自行车上锻炼。受试者能够为蓝色LED供电约4分钟。

下一步

未来的工作需要在两个方面进行。首先，在阴极处使用的氧化银是光敏感的并且随时间降解。从长远来看，研究人员需要找到更稳定的材料。

此外，人体汗液中的乳酸浓度会随着时间的推移而稀释。这就是为什么受试者在骑自行车时能够点亮LED仅4分钟的原因。该团队正在探索一种方法来储存产生的能量，同时乳酸浓度足够高，然后逐渐释放。

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