美國賓漢頓大學(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。

美國國家科學(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)。