天气好的时候,你可能有足够的动力去附近欢快地跑步。BUT,如果你的手机突然没电了,我敢肯定你一定不会跑太远,很快就会回来,意犹未尽……
福音来了,不久的将来,当你打算要去跑步或到健身房锻炼时,不用再担心您的手机或便携式蓝牙设备电量不足,与世界失联……
加州圣迭戈雅各布工学院的工程师团队已经宣布了一项有突破性的发明,正好能解决“运动时随身设备没电”这个问题。这个发明就是——可伸缩生物燃料电池,它是从人体汗水中提取能量,为蓝牙无线电和LED等可穿戴电子设备供电的。
不久前,新闻报道过NASA是如何使用宇航员的回收尿来制造ω-3脂肪酸和3D打印材料 。研究人员想,同样的道理,为何不用人类运动的汗水来给电子元件充电呢?
细胞具有在汗水中氧化乳酸并产生电流酶的功能。该团队通过使用丝网打印,平版打印和3D打印制作了可伸缩的电气基础组件,以创建基于碳纳米管的阴极和阳极阵列。
今年夏天,该团队在“ 能源与环境科学”杂志上发表了一篇题为“ 柔软、可拉伸、高功率密度电子皮肤生物燃料电池,可清除人体汗液 ”的文章,他们解释了如何连接电池和定制电路板,并能够为LED供电的原理。研究由王教授带队,他指导可穿戴传感器中心与3D打印技术进行合作。
为了能使设备与可穿戴设备协调运作,要求生物燃料电池必须是可拉伸的,所以他们使用了一种称为桥梁和岛屿的结构,构成电池,由弹簧结构连接、可弯曲和拉伸。这些点中的一半构成电池的阴极,而另一半构成阳极。由于这种结构具有灵活性,因此当生物燃料电池弯曲时也不会导致变形。
之后,研究人员必须将注意力转移到最具挑战性的工作上——增加生物燃料电池的能量密度。Bandodkar说:“我们需要找出使用材料的最佳组合以及配比。”
该团队在生物燃料电池两极顶部屏幕上3D打印了碳纳米管结构,可以将更多的汗反应酶添加到每个阳极点,将氧化银添加到阴极点。3D打印碳纳米管能更容易地改善生物燃料电池的性能。
与此同时,Mercier的研究小组制造了一个定制电路板 —— 一个DC / DC转换器,能够承担电池发电并使其更(随着人员产生的汗水量的变化)均匀工作,将其转换为恒定功率电压。
组装完成后,选取四人作为测试对象,他们穿着生物燃料电池电路板组合装备,在动感单车上锻炼。随着他们的汗水流出,生物燃料电池能够为蓝色LED灯供电四分钟。
研究论文上提到“这是通过可穿戴的生物燃料电池为无线电设备供电的第一个例子,是在柔软、可拉伸、可佩戴的能量收集装置领域的一大进步。”
目前,研究团队仍然有工作要做,首先需要找到比氧化银更稳定的阴极材料,因为氧化银存在不足的是它随着时间的推移会降解。
此外,因为汗水中的乳酸浓度随着时间的推移而稀释,装置只能点亮LED四分钟,研究人员目前正在3DPB.com 网站的圣地亚哥论坛上研究讨论在乳酸浓度较高时储存生产能量的方法,通过逐渐释放保持装置能长久稳定的为电子设备充电。
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