3Dプリントと酵素を使って開発されたバイオ燃料電池は汗を電気に変換できる

3Dプリントと酵素を使って開発されたバイオ燃料電池は汗を電気に変換できる
この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-8-24 12:26 に最後に編集されました。

カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)ジェイコブス工学部のエンジニアチームが、画期的な発明である、人間の汗からエネルギーを抽出できる伸縮性バイオ燃料電池を発表した。このバッテリーは、BluetoothラジオやLEDなどのウェアラブル電子機器に電力を供給でき、既存のウェアラブルバイオ燃料電池よりも単位面積あたり10倍の電力を生成します。この研究は「Energy & Environmental Science」誌に掲載されました。

このバッテリーには汗に含まれる乳酸を酸化して電流を発生させる酵素が含まれているため、汗からエネルギーを取り出すことができます。ジェイコブス工学部のチームは、スクリーン印刷、リソグラフィー、3D 印刷を使用して、伸縮性のある電気基盤を製造し、カーボンナノチューブベースのカソードとアノードのアレイを作成しました。研究者らは論文の中で、バイオ燃料電池をカスタム回路基板に接続し、LEDに電力を供給する方法について説明している。

着用可能にするために、研究チームのバイオ燃料電池は伸縮可能でなければならなかったため、ブリッジとアイランドと呼ばれる構造を採用した。これは、点の列がセルを構成し、すべてが曲げたり伸ばしたりできるバネのような構造で接続されている。ドットの半分はバッテリーのカソードを形成し、残りの半分はアノードを形成します。この構造の柔軟性により、バイオ燃料電池は曲がっても変形しません。構造のベースは金で、リソグラフィー技術を使用して製造されました。その後、研究チームはスクリーン印刷を使用して、ドットの上にバイオ燃料の複数の層を堆積させました。

この時点で、研究者たちは、バイオ燃料電池のエネルギー密度を高めるというプロジェクトの最大の課題に直面した。 「材料の最適な組み合わせと、それらを使用する割合を見つける必要がある」と研究者らは説明する。研究チームは、バイオ燃料電池の陽極と陰極の上に3Dカーボンナノチューブ構造をスクリーン印刷し、これにより、各陽極部位に汗に反応する酵素をさらに追加し、陰極部位に酸化銀を追加することが可能になった。 3D プリントされたカーボンナノチューブは、電子の移動を容易にすることでバイオ燃料電池の性能も向上させます。

チームは、バッテリーによって生成された電力を受け取り、それをより均一にし(電力は人の発する汗の量によって変化するため)、その電力を一定電圧の一定電力に変換する DC/DC コンバーターであるカスタム回路基板を構築しました。

バイオ燃料電池は回路基板に接続されています。その後、4 人の被験者がバイオ燃料電池と回路基板の組み合わせを装着し、エアロバイクを漕ぎました。被験者が汗をかくと、バイオ燃料電池と回路基板の組み合わせが青色 LED を 4 分間点灯しました。


研究チームには、光に敏感で時間の経過とともに分解する酸化銀よりも安定したカソード材料を見つけることから始め、やるべきことがまだたくさんある。さらに、被験者の汗によって生成された電力では、汗中の乳酸の濃度が時間の経過とともに薄まるため、LED を 4 分間しか点灯させることができませんでした。研究者たちは現在、乳酸濃度が高いときに発生する電気を蓄え、徐々に放出する方法に取り組んでいる。

出典: Tiangongshe 詳しい読み物:
空軍研究所は3Dプリントを使用して太陽電池の製造コストを削減
3Dプリントされた超小型フロー電池:厚さわずか1.5mm、冷却機能付き

生物学

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