【儀表網 研發快訊】10月28日，中國科大蘇州高等研究院蘇育德研究員團隊在國際期刊《Small》上發表了題為“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計與應用具有指導意義。
可穿戴自供能技術是維持人體和軟體機器人可穿戴電子設備長期運行的關鍵。微生物燃料電池可以利用微生物將汗液中的化學能(如乳酸，葡萄糖、尿毒等)轉化為電能，被認為是一種自然且有效的潛在自供能技術。生物燃料電池的可拉伸性是其在動態力學環境下運行的關鍵。然而，實現可拉伸微生物燃料電池十分困難。其難點在于微生物燃料電池各個組件(陽極、陰極、離子交換膜、細菌催化劑和封裝層)在拉伸狀態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75%的拉伸條件下穩定運行。其中，器件的關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阻逐漸降低，并可以在不斷拉伸和收縮的力學刺激下維持生物電流的產生。同時，器件中其余所有組件均采用可拉伸材料的設計和封裝集成，最終實現了75%的器件整體同步拉伸，并未出現結構斷裂或細菌泄露等問題。本研究對可拉伸微生物燃料電池的性能進行了測試。隨著拉伸程度逐步增加，燃料電池內阻持續降低。在拉伸程度為0%、25%、50%和75%時，輸出功率密度分別達到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計與應用具有指導意義。
可拉伸微生物燃料電池的結構示意圖
中國科學技術大學納米科學技術學院博士生彭士哲為本文第一作者，蘇育德研究員為本文末位通訊作者。該工作得到國自然面上項目、科技部重點研發計劃青年項目的經費支持。
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