据http://fuelcellsworks.com/报道：沙特阿拉伯和美国的研究人员近日成功开发一种以唾液和其他废液为燃料的微米级微生物燃料电池（以下简称MFC）。这种电池装置产生的功率将近1µW，能够用于实验室芯片和临床护理诊断设备等生物电子学仪器。另外，它也有希望在控制生育计划的排卵检测方面派上用场。
据报道，该MFC利用细菌和废弃物发电，是一项很有应用前景的的技术。设备中的细菌首先将有机物分解，此过程释放的电子在阳极聚集，然后电子通过外电路传递到阴极生成电流。微米级的MFC通常包含两个由半透膜隔开的阴阳两极所构成的腔室。采用这种结构需要在阴极室定期填充新鲜的电子受体，例如铁氰化钾。相比于更易获得的氧气类电子受体，其产生的功率密度更高且毒性更小，但目前只应用于较大规格的MFC。
多层石墨烯阳极
该MFC采用多层石墨烯片（作阳极）和橡胶材料制备，并且采用在微米级MFC上首次使用了空气阴极。特别重要的一点是，研究人员通过去除半透膜不仅极大地简化了装置设计，同时避免了膜内阻所造成的燃料电池输出电流的降低。
研究人员首先将石墨烯阳极箔片切成1×1cm大小，然后在阴阳极间放一个相同尺寸的橡胶垫片（厚1mm）,再将垫片中心切出一个5×5mm方孔作阳极室,接着将注射器针头插入橡胶两侧将唾液注入设备中。橡胶材料的应用使得MFC具有良好的灵活性，可以很容易地连接到各种形式的表面上。另外，空气阴极装置不需要任何实验室化学品作反应物。
更高的电流密度
唾液中除大部分水外还含有无机和有机化合物，例如可以被细菌作为燃料使用的葡萄糖。研究人员发现，该设备所产生的电流密度（1190 A/m3）比至今任何微米级的MFC更高。就其本身而言，石墨烯阳极能产生的功率就比普通碳布阳极多40倍以上。这是由于石墨烯优异的导电率允许细菌分解有机物产生的电子非常迅速地传递到阴极。
近1μW的功率
此研究首次证明唾液（或其他高浓度有机燃料）可用于驱动生物电子学设备。通过产生近1微瓦的功率，该微米级MFC已经足够运行像脑电癫痫检测系统这类超低功耗的实验室芯片集成器。
该MFC的另外一个拓展应用是作为排卵检测器。由于雌激素水平高峰的作用，在排卵前约5天内唾液的电导率会急剧下降。新型的MFC可以测量唾液电导率的变化以确定人体的最易受孕时间。在未来，由电池产生的电能或许也可以将检测数据发送到智能手机，从而一种以非侵入性和易于使用的方法来帮助人们更好安排生育计划。
据了解，研究人员目前正在着手研究能够产生毫瓦级功率的MFC，其中一种可能的途径是开发更为高效的空气阴极。
2019/10/15 12:37:00
1858
