用3D打印和酶開發(fā)的生物燃料電池能將汗水轉化為電能

美國加州大學圣地亞哥分校(UCSD)雅各布工程學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。這種電池能為藍牙無線電和LED等可穿戴電子設備供電，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，雅各布工程學院團隊制作了一個可伸展的電氣基礎，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如何將這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構，一排排的點構成了電池，所有這些點都由可以彎曲和拉伸的彈簧狀結構連接在一起。一半的點構成電池的陰極，而另一半構成陽極，并且由于這種結構具有的靈活性，當生物燃料電池彎曲時也不變形。結構的基礎是金，是用平板印刷技術制造的。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碳納米管結構，此舉能讓他們將更多的汗反應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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