眾所周知,葡萄糖是我們從吃的食物中吸收的糖分,它為我們體內(nèi)的細(xì)胞提供動(dòng)力燃料。但是你有沒(méi)有想過(guò),它有一天也能為醫(yī)療植入物提供燃料。
近日,麻省理工學(xué)院和慕尼黑工業(yè)大學(xué)的工程師發(fā)表論文稱,他們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型葡萄糖燃料電池,可將葡萄糖直接轉(zhuǎn)化為電能。該電池厚度僅為 400 納米,約為人類頭發(fā)直徑的 1/100。而且,每平方厘米可產(chǎn)生約 43 微瓦的電力,實(shí)現(xiàn)了迄今為止葡萄糖燃料電池的最高功率密度。
該電池還具有彈性,能夠承受高達(dá) 600 攝氏度的溫度。如果結(jié)合到醫(yī)療植入物中,葡萄糖燃料電池可以通過(guò)所有可植入設(shè)備所需的高溫滅菌過(guò)程保持穩(wěn)定。
它的內(nèi)核由陶瓷制成,這種材料即使在高溫和微型尺度下也能保持其電化學(xué)特性。研究人員設(shè)想,它們可以制成超薄膜或涂層,并包裹在植入物周圍,利用人體豐富的葡萄糖供應(yīng)來(lái)為電子設(shè)備供電。
與以往的研究工作不同,該團(tuán)隊(duì)使用二氧化鈰作為種葡萄糖燃料電池的電解質(zhì)。二氧化鈰是一種具有高離子電導(dǎo)率的陶瓷材料,機(jī)械強(qiáng)度高,因此被廣泛用作氫燃料電池的電解質(zhì)。
該團(tuán)隊(duì)將電解質(zhì)與由鉑制成的陽(yáng)極和陰極夾在中間,鉑是一種容易與葡萄糖反應(yīng)的穩(wěn)定材料。他們?cè)谝粋€(gè)芯片上制造了 150 個(gè)葡萄糖燃料電池,然后測(cè)量了每個(gè)電池在葡萄糖溶液流過(guò)每個(gè)晶片時(shí)所產(chǎn)生的電流。
研究結(jié)果表明,許多電池產(chǎn)生的峰值電壓約為 80 毫伏。鑒于每個(gè)電池的尺寸很小,該輸出實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有葡萄糖燃料電池設(shè)計(jì)中最高的功率密度。
該研究論文題為“A Ceramic-Electrolyte Glucose Fuel Cell for Implantable Electronics”,已發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊上。
標(biāo)簽: 高離子電導(dǎo)率 陶瓷材料 氫燃料電池 氫燃料電池電解質(zhì)
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