可用于穿戴式裝置中采集佩戴者的汗液與供電的微生物燃料電池的開發(fā)

美國(guó)賓漢頓大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新式的微生物燃料電池，可用于穿戴式裝置中采集佩戴者的汗液與供電，為裝置提供連續(xù)且長(zhǎng)期的操作 …

研究人員陸續(xù)開發(fā)出各種發(fā)光布料、熱電能量采集織物以及鋅-銀氧化物可充電電池織物，最近又進(jìn)一步將微生物燃料電池織物添加到這一連串的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)中，可望用于未來的穿戴式裝置。

美國(guó)紐約州立大學(xué)——賓漢頓大學(xué)(Binghamton University)的研究人員Sumiao Pang、Yang Gao與Seokheun Choi在《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials)期刊發(fā)表研究報(bào)告，描述一種燃料電池織物的組成結(jié)構(gòu)，將細(xì)菌單體整合成單層、軟性的可拉伸基板。這種微生物燃料電池(MFC)使用綠膿桿菌(銅綠假單胞菌；pseudomonas aeruginosa)作為酶催化劑，將無薄膜燃料電池的輸出提高到每平方公分6.4微瓦(mW)。該材料的電流密度為52微安培/平方公分(mA/cm2)，據(jù)稱可提供較其他實(shí)驗(yàn)織物更高的產(chǎn)出，并可媲美Choi先前研究的紙基微生物燃料電池產(chǎn)出。

根據(jù)研究人員表示，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用無薄膜的單室結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了材料的制造，以及提高了微生物燃料電池的性能。為了測(cè)試材料的穩(wěn)定度，研究人員們透過反復(fù)拉伸和扭曲操作，并表示未觀察到任何的性能退化情形。

軟性可拉伸的微生物燃料電池整合于織物基板上的單層

研究人員們將具有導(dǎo)電和親水性的陽極嵌入織物中的3D微型腔室中，透過液體環(huán)境使得細(xì)菌發(fā)電性能最大化。研究人員表示，用于陰極的固態(tài)氧化銀/銀材料產(chǎn)生了快速的催化反應(yīng)。

增強(qiáng)的陽極(SEM圖)能夠承受無限次的拉伸循環(huán)

研究人員使用印刷制程，同時(shí)形成了35個(gè)獨(dú)立的微型腔室，表示這種方法能夠輕松地?cái)U(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)織物微生物燃料電池。最后的成果是可伸縮且可扭轉(zhuǎn)的電源，從而用于為穿戴式電子裝置供電。此外，根據(jù)研究人員表示，還可以將這一組裝配置為采集佩戴者的汗水，使其在佩戴時(shí)供電，提供連續(xù)的長(zhǎng)期操作。它也可以作為諸如拋棄式醫(yī)療診斷貼片等產(chǎn)品的一次性電源。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、賓漢頓大學(xué)研究基金會(huì)和賓漢頓大學(xué)分析和診斷實(shí)驗(yàn)室小額資助計(jì)劃為該研究計(jì)劃提供了資金。研究人員發(fā)表的「軟性可伸縮的生物電池：在織物單層中整合無薄膜微生物燃料電池」一文中提供了更多細(xì)節(jié)。