Эпидермальные клетки биотоплива – главный прорыв в области, которая боролась с созданием устройств, которые являются достаточно поддающимися растягиванию и достаточно мощными. Инженеры из Калифорнийского университета Сан-Диего смогли достигнуть этого прорыва благодаря комбинации умной химии, передовых материалов и электронных интерфейсов. Это позволило им строить поддающийся растягиванию электронный фонд при помощи литографии и при помощи печати экрана, чтобы сделать 3D углерод основанными на нанотрубке множествами катода и анода.Клетки биотоплива оборудованы ферментом, который окисляет молочную кислоту, существующую в человеческом поту, чтобы произвести ток.
Это превращает пот в источник власти.Инженеры сообщают о своих результатах в июньском выпуске энергии & Науки об окружающей среде.
В газете они описывают, как они соединили клетки биотоплива с изготовленной на заказ монтажной платой и продемонстрировали, что устройство смогло привести светодиод в действие, в то время как человек, носящий его, тренировался на велотренажере. Профессор Джозеф Ван, который направляет Центр Носимых Датчиков в Сан-Диего UC, привел исследование, в сотрудничестве с электротехническим преподавателем и соруководителем центра Патриком Мерсье и преподавателем наноинженерии Шэн Сюем, оба также в Школе Джейкобса Технического UC Сан-Диего.Острова и мостыЧтобы быть совместимой с носимыми устройствами, клетка биотоплива должна быть гибкой и поддающейся растягиванию.
Таким образом, инженеры решили использовать то, что они называют «мост и остров» структурой развитый в исследовательской группе Сюя. По существу клетка составлена из рядов точек, которые каждый связаны структурами весенней формы. Половина точек составляет анод клетки; другая половина является катодом. Весенние структуры могут простираться и согнуться, делая клетку гибкой, не искажая анод и катод.
Основание для структуры островов и мостов было произведено через литографию и сделано из золота. Как второй шаг, исследователи использовали печать экрана, чтобы внести слои материалов биотоплива сверху точек анода и катода.Увеличение плотности энергии
Самая сложная задача исследователей увеличивала плотность энергии клетки биотоплива, означая сумму энергии, которую это может произвести за площадь поверхности. Увеличение плотности энергии ключевое для увеличивающейся работы для клеток биотоплива. Чем больше энергии, которую могут произвести клетки, тем более сильный они могут быть.«Мы должны были выяснить лучшую комбинацию материалов, чтобы использовать и в том, какое отношение использовать их», сказал Амей Бэндодкэр, один из первых авторов газеты, который был тогда аспирантом в исследовательской группе Вана.
Он – теперь постдокторский исследователь в Северо-Западном университете.Чтобы увеличить плотность энергии, инженеры показывают, напечатал 3D углеродную структуру нанотрубки на вершине аноды и катоды.
Структура позволяет инженерам загружать каждую анодную точку большим количеством фермента, который реагирует на молочную кислоту и серебряную окись в точках катода. Кроме того, трубы позволяют более легкую передачу электрона, которая улучшает работу клетки биотоплива.Тестирование заявлений
Клетка биотоплива была связана с изготовленной на заказ монтажной платой, произведенной в исследовательской группе Мерсье. Правление – конвертер DC/DC, который выравнивает энергию, произведенную топливными элементами, который колеблется с количеством пота, произведенного пользователем, и превращает его в постоянную власть с постоянным напряжением.Исследователи оборудовали четыре предмета комбинацией правления клетки биотоплива и сделали, чтобы они тренировались на велотренажере. Предметы смогли привести синий светодиод в действие в течение приблизительно четырех минут.
Следующие шагиБудущая работа необходима в двух областях.
Во-первых, серебряная окись, используемая в катоде, легка чувствительный и ухудшается со временем. В конечном счете исследователи должны будут найти более стабильный материал.
Кроме того, концентрация молочной кислоты в поту человека растворяется со временем. Именно поэтому предметы смогли осветить светодиод в течение только четырех минут, ездя на велосипеде.
Команда исследует способ сохранить энергию, произведенную, в то время как концентрация лактата достаточно высока, и затем выпускайте его постепенно.