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可穿戴生物燃料电池现在可以通过乳酸来发电

不可否认,在过去的几十年中,电子设备的小型化取得了长足的进步。如今,在可以使老式台式机蒙羞的袖珍型智能手机和无线连接的众多选择之后,出现了一种特定类型的设备,其发展稳步推进:可穿戴生物传感器。这些微型设备通常应直接戴在皮肤上以测量特定的生物信号,并通过将测量值无线发送到智能手机或计算机来跟踪用户的健康状况。

尽管材料科学家已经为可穿戴设备开发了许多类型的柔性电路和电极,但是为可穿戴生物传感器找到合适的电源仍然具有挑战性。传统的纽扣电池(如手表和袖珍计算器中使用的电池)太厚和笨重,而较薄的电池会带来容量甚至安全问题。但是,如果我们自己是可穿戴设备的电源怎么办?

由东京科学大学的Shitanda Isao副教授带领的一组科学家,正在探索有效地利用汗水作为可穿戴电子设备唯一的动力来源的方法。在发表在《电源》杂志上的最新研究中,他们提出了一种生物燃料电池阵列的新颖设计,该阵列使用汗液,乳酸盐中的化学物质产生足够的功率,以在短时间内驱动生物传感器和无线通信设备。这项研究是与筑波大学的Tsuiya Tsujimura博士,RIKEN的Tsutomu Mikawa博士以及Yamagata University的Matsui Hiroyuki博士合作完成的。

他们的新生物燃料电池阵列看起来像纸绷带,可以戴在手臂或前臂上。它主要由疏水的纸质基材组成,在该基材上串联和并联布置了多个生物燃料电池;电池数量取决于所需的输出电压和功率。在每个电池中,乳酸和电极中存在的酶之间的电化学反应产生电流,该电流流向由导电碳糊制成的普通集电器。

这不是第一个基于乳酸的生物燃料电池,但是一些关键的区别使这种新颖的设计与现有的基于乳酸的生物燃料电池脱颖而出。一个事实是整个设备可以通过丝网印刷来制造,丝网印刷是一种通常适合于经济高效的批量生产的技术。通过精心选择材料和巧妙的布局,这是可能的。例如,尽管类似的先前电池使用银线作为导电路径,但是本生物燃料电池使用多孔碳墨水。另一个优点是将乳酸盐递送至细胞的方式。纸层用于收集汗液,并通过毛细作用同时将其传输到所有细胞。这种作用与水在与水坑接触时迅速通过餐巾纸的作用相同。

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