【PalmSens4电化学应用】柔性生物燃料电池(iezTube)，应用于可穿戴绿色能源收集的自给式的生物燃料电池

研究背景

可穿戴生物燃料电池（BFC）技术有潜力应对可穿戴电子设备体上能源供应的挑战。制备能够实现功能运行但不需要外部附件的完全独立的设备被认为是先进设备设计和工程学的最终目标之一。通过将完全独立的概念引入到可穿戴BFC领域，所构筑的完全独立的可穿戴BFC（ESW-BFC）无需外部附件就可以在日常生活中实现完全的体上发电。然而，以往的“穿戴在皮肤上的”汗液ESW-BFC在某些特定但几乎不可避免的穿戴环境下（如间歇性出汗、汗液生物燃料浓度波动、可穿戴式BFC与表皮汗液的动态接触）很难直接产生稳定、非间歇的电能。在真正的日常穿戴中，要实现直接从“穿戴在皮肤上的”的汗液ESW-BFC上产生稳定和非间歇性的电能仍然是一个尚待解决的难题。

创新点

东北师范大学的周明团队（https://zhou.team/）采用独特的“贴近皮肤穿戴”的策略，首次报道了离心管中的柔性BFC（命名为iezTube）作为一个ESW-BFC用于可穿戴绿色能量收集。iezTube由一个基于单层绒毛纸浆（FP）片的微流体模块、一个基于纳米工程BFC的BFC模块和一个基于防水透气无纺布胶带覆盖的离心管的空气可呼吸模块无缝集成而成。微流体模块用于实现生物燃料液体的有效采样、利用以及生物燃料液体与可穿戴BFC之间的稳定接触；BFC模块用于实时的生物能源产生；空气可呼吸模块用于持续的氧化剂（氧气）供给。

作者通过串联连接的方法实现了iezTube功率的提高，这种方法不需要额外的电子元件，降低了设计的复杂性和故障的可能性。几种易获得的生物燃料液体（例如，纯生化溶液、体液和商业饮料）可以作为iezTube的燃料，使iezTube能够为可穿戴电子设备提供动力，揭示了iezTube在日常生活中具有很强的适应性和即时可用的特性。以葡萄糖为燃料的葡萄糖-iezTube、以乳酸为燃料的乳酸-iezTube和以乙醇为燃料的乙醇-iezTube能够利用各种易获得的生物燃料液体进行完全独立的绿色生物能源收集，证明了iezTube作为构建不同ESW-BFCs平台的高通用性。

在某些特定但几乎不可避免的穿戴场景下，iezTube展示了能够稳定和非间歇性地为可穿戴电子设备供电的卓越能力，这在ESW-BFC领域尚未被探索和实现。这使得用iezTube作为ESW-BFC用于可穿戴电子设备具有可观的和无与伦比的前景。

图1：用于生物能量收集的iezTube的示意图。

图2：葡萄糖-iezTube的BFC模块的示意图和表征。

图3：微流体模块的设计与表征。

图4：iezTube作为ESW-BFC为可穿戴电子设备供电的验证。

总结：

文章中展示了离心管中的柔性BFC（命名为iezTube）作为ESW-BFC。iezTube由一个可进行高效生物燃料液体运输的微流体模块、一个用于实时生物能源产生的BFC模块和一个用于持续氧化剂供应的空气可呼吸模块组成，所有模块都是专门设计，以无需额外组件就可以实现绿色生物能源收集。通过无缝系统集成、有效的串联连接方式和各种易于获取的生物燃料液体的预收集，iezTube在某些特定但几乎不可避免的穿戴环境下展示了能够稳定和非间歇性为可穿戴电子设备供电的卓越能力。考虑到这种“贴近皮肤穿戴”的ESW-BFC操作需要额外的生物液体预收集步骤，未来的工作可能会集成一个连续生物液体收集模块，以促进可穿戴绿色生物能源收集。