蘇州高等研究院在可拉伸生物燃料電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展

10月28日，中國科大蘇州高等研究院蘇育德研究員團(tuán)隊(duì)在國際期刊《Small》上發(fā)表了題為“Fully Stretchable Microbial FuelCell with 75% Stretchability”的研究論文。該研究將微生物燃料電池的拉伸性提高到75%，對未來可拉伸自供能體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

可穿戴自供能技術(shù)是維持人體和軟體機(jī)器人可穿戴電子設(shè)備長期運(yùn)行的關(guān)鍵。微生物燃料電池可以利用微生物將汗液中的化學(xué)能（如乳酸，葡萄糖、尿毒等）轉(zhuǎn)化為電能，被認(rèn)為是一種自然且有效的潛在自供能技術(shù)。生物燃料電池的可拉伸性是其在動態(tài)力學(xué)環(huán)境下運(yùn)行的關(guān)鍵。然而，實(shí)現(xiàn)可拉伸微生物燃料電池十分困難。其難點(diǎn)在于微生物燃料電池各個組件（陽極、陰極、離子交換膜、細(xì)菌催化劑和封裝層）在拉伸狀態(tài)下無法同步地保持其原有功能。

基于此，本論文研究了一種完全可拉伸的微生物燃料電池器件，可以在高達(dá)75%的拉伸條件下穩(wěn)定運(yùn)行。其中，器件的關(guān)鍵部分為基于還原氧化石墨烯/希瓦氏菌生物—非生物雜化材料的可拉伸生物陽極。隨著拉伸程度的增加，該可拉伸生物陽極內(nèi)阻逐漸降低，并可以在不斷拉伸和收縮的力學(xué)刺激下維持生物電流的產(chǎn)生。同時，器件中其余所有組件均采用可拉伸材料的設(shè)計(jì)和封裝集成，最終實(shí)現(xiàn)了75%的器件整體同步拉伸，并未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂或細(xì)菌泄露等問題。本研究對可拉伸微生物燃料電池的性能進(jìn)行了測試。隨著拉伸程度逐步增加，燃料電池內(nèi)阻持續(xù)降低。在拉伸程度為0%、25%、50%和75%時，輸出功率密度分別達(dá)到5.0 ± 0.7、5.9 ± 0.9、6.2 ± 1.1、6.6 ± 1.4 μW cm?2。該可拉伸微生物燃料電池對可穿戴自供能體系的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

可拉伸微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖