解决了限制生物燃料电池性能的主要挑战！“棉花电池”简直太给力

美国乔治亚理工学院和韩国高丽大学的研讨人员用组装在棉纤维上的金纳米颗粒制作了高导电性电极，进步了生物燃料电池的效率，将葡萄糖氧化酶与电极连接起来，解决了限制生物燃料电池机能的主要挑战之一。这种电池供给的能量是传统生物燃料电池的两倍，能够与电池或超级电容器搭配应用，为心脏起搏器和传感器等可植入医疗装备供给动力。这项研讨的结果近日发表在《自然通讯》杂志上。
　　“咱们能够把这个装配作为一个连续的能量源，将体内葡萄糖的化学能转化为电能，用于制作金电极的逐层堆积技术准确地节制了金纳米颗粒和酶的堆积，极大地进步了燃料电池的功率密度，可达3.7毫瓦每平方厘米。”乔治亚理工学院伍德拉夫机械工程学院的助理教授Seung Woo Lee说。
　　棉纤维由多条亲水性微纤维（含有羟基的纤维素纤维）组成，研讨人员将直径约8nm的金纳米颗粒用有机链接资料组装到了多孔的棉纤维上，用葡萄糖氧化酶与胺功能化小分子TREN交替进行分层构成氧化葡萄糖的阳极，用具有电催化能力的镀金电极构成发生氧还原反应的负极。“咱们准确地节制了酶的含量，制作了一个异常薄的叠层，从而改良了导电底物和酶之间的电荷传输。咱们已经在资料之间建立了异常紧密的联系，所以电子的传输会更容易。”Lee说。
　　与尼龙纤维相比，棉花的孔隙率能够增加金层的数量。“棉花有许多孔隙，能够支持电化学装备的活性，而且棉纤维是亲水的，这意味着电解液很容易漫湿外面。”客座教授、论文的作者之一Yongmin Ko解释说。除了进步电极的导电性外，棉纤维还能够进步装配的生物相容性。该装配的设计初衷是在低温下工作，以便在体内应用。
　　可植入的生物燃料电池会跟着时间的推移而退步，而由美国和韩国团队开辟的新电池进步了历久应用的稳定性。Lee说：“有了创记载的高功率机能，起搏器等生物医学装备的寿命应该会得到改良。”心脏起搏器和其余植入式装备现在应用的是电池，这些电池能够应用数年，但在手术的过程中可能需要调换。Lee补充说，新的生物燃料电池能够为这些电池供给持续的电力，有可能在不调换电池的情况下延长装备的运行时间。
　　此外，为了定时释放药物，临床上经常会植入一些临时装备，跟着时间的推移，它们会生物降解，无需手术移除。而新型生物燃料电池能够为这些不包括电池的医疗装备供给所需的有限电力。
　　未来的研讨目标包括演示生物燃料电池与能量储存装配的运作，并开辟一种功能性的可植入电源。“咱们希望开辟其余的生物装备，并在包括电池和高机能存储的其余装备上做更进一步的研讨。”Lee说。