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为可穿戴设备设计的新型柔性生物燃料电池可以从汗液中提取能量

2017年9月5日通过Zabrel Holsman

加州大学圣地亚哥分校的一组工程师发明了一种生物燃料电池,其能量是之前的电池的十倍

可穿戴设备一直是电力有效的挑战。加州大学圣地亚哥分校的一个研究小组开发出了一种用汗液燃烧的生物燃料电池原型。

在过去的几年里,我们看到投资的公司数量大幅增加可穿戴技术。由于这种激增,市场上已经有相当多的独特产品。然而,可穿戴设备市场上的大多数设备都存在一个共同的问题,那就是如何为它们供电。

向这些设备提供电源可能看起来像一个简单的任务,但是设计了可以弯曲和弯曲的电源,同时提供电力和保留功能,已经证明是非常困难的。我们目前的设备由相当多的手段供电,从太阳能到柔性硅电池;但这些设备产生和消耗的功率的量通常非常低。

不同的国际研究团队已经尝试解决从身体运动或环境中获取能量的问题,但还没有成功地创造出一种既适合灵活性又适合未来设备的电源。

最近发表在杂志上的文章能源与环境科学一支来自加利福尼亚大学圣地亚哥的研究人员和工程师组织开发了一种生物燃料电池,能够从与汗液中的化学反应产生能量。

这种装置被称为表皮生物燃料电池,它被认为是可穿戴能源供应燃料方面的一个重大进步。

可拉伸,汗水动力燃料电池

团队开发的生物燃料细胞能够符合身体,并以多种方式伸展和弯曲。

该团队,由主任领导可穿戴传感器中心该大学利用电子接口、先进材料和一些利基化学来生产这种设备。

这种生物燃料电池的工作原理是利用一种酶和人体汗液中所含的乳酸之间的生化反应来产生小电流。在建立了这种反应之后,该团队转向了生物燃料电池的设计。

电池需要灵活,并符合当前设备。为了实现这一目标,该团队使用了一种名为“桥和岛”的结构设计。这种生物燃料电池被设计成一排排的阴极和阳极点,每一个点都由一个弹簧状的结构连接起来,使电池能够弯曲和拉伸,同时能够恢复到原来的结构。

桥和岛结构。图片由加州大学圣地亚哥分校

桥岛是通过标准的光刻技术制造的,然后用生物燃料酶分层。为了进一步增加细胞产生的能量,工程师们放置了可以填满酶和促进电子转移的碳纳米管结构。

接下来,研究小组把这种细胞放在锻炼自行车上的几个不同的测试对象身上进行测试。人们发现,这种电池能够产生足够的能量为LED灯供电4分钟。虽然结果可能看起来不那么令人印象深刻,但这是我们第一次看到生物燃料电池产生这么多能量;事实上,是以前任何生物燃料的10倍。

工程师们将投入更多的研究来寻找一种更好的阴极氧化物,它不会随着光或时间的推移而降解,同时还将进一步开发一种设备来存储能量以供以后使用;或渐进的放电。

使用这样的电源显然存在设计上的挑战。(首先,不是每个人的出汗速度都一样。)然而,这仍然是朝着更灵活的电源和可穿戴电源迈进的一步。

您能设计带有汗水的生物燃料电池的设备吗?