顆粒在線訊：具有良好生物相容性的生物燃料電池有望用作柔性和可穿戴生物電子學(xué)的電源。最近，同濟大學(xué)團隊報告了一種高度靈活和可拉伸的生物燃料電池，它由石墨烯/碳納米管 (G/CNT) 復(fù)合材料和聚合物水凝膠電解質(zhì)的紡織電極實現(xiàn)。從石墨烯層共價生長的碳納米管陣列不僅可以作為固定酶分子的導(dǎo)電基底，還可以在酶和石墨烯電極之間提供有效的電荷傳輸通道。因此，開發(fā)的生物燃料電池可提供 0.65 V 的高開路電壓和 64.2 μW cm-2 的輸出功率密度，遠(yuǎn)高于先前報道的結(jié)果。得益于電極的獨特紡織結(jié)構(gòu)和聚合物水凝膠電解質(zhì)，生物燃料電池在400次彎曲循環(huán)后仍能保持較高的功率密度，甚至可拉伸至 60% 的高應(yīng)變。

圖 1. (a) G/CNTs/酶復(fù)合紡織生物電極示意圖。(b,c) 柔性和可拉伸生物燃料電池的示意圖。

圖 2. (a) 用石墨烯生長的 Ni 織物的 SEM 圖像。(b)從石墨烯生長的對齊的 CNT 陣列的 SEM 圖像。(c,d) 去除 Ni 基材后 G/CNTs 復(fù)合織物的 SEM 圖像。(e,f) 不同放大倍數(shù)下 G/CNTs/GOx 的 SEM 圖像。(g,h) 不同放大倍數(shù)下 G/CNTs/BOD 的 SEM 圖像。

圖 3. 生物電極的電化學(xué)性能。

圖 4. (a) BFC 的功率分布和極化曲線。(b) 我們的酶促 BFC 的功率輸出密度和開路電壓與其他先前報道的結(jié)果的比較。(c) 并聯(lián)和串聯(lián)的兩個生物燃料電池的功率分布。(d) BFC 可再生性能四倍。(e) BFC 可再生過程示意圖。

圖 5. BFC 的機械柔韌性和拉伸性。(a) BFC 在不同彎曲角度下的功率分布。(b) BFC 在不同彎曲角度下的數(shù)碼照片。（ c ）用于彎曲釋放 400 次循環(huán)的 BFC 的功率分布。(d) BFC 在不同拉伸應(yīng)變下的功率分布。(e) BFC 在不同拉伸應(yīng)變下的數(shù)碼照片。

總之，團隊展示了一種由 G/CNT 復(fù)合紡織品基電極和聚合物水凝膠電解質(zhì)實現(xiàn)的柔性和可拉伸生物燃料電池。從石墨烯層生長的定向碳納米管陣列不僅可以為電荷傳輸和轉(zhuǎn)移提供有效的通道，而且可以用作固定酶的載體。通過使用含有葡萄糖的聚合物水凝膠電解質(zhì)，基于 G/CNTs 紡織品電極開發(fā)的生物燃料電池表現(xiàn)出 0.65 V 的高開路電壓和 64.2 μW cm-2 的最大面積功率密度。BFC 在 0° 到 180°的彎曲角度下也表現(xiàn)出出色的柔韌性和數(shù)百次彎曲循環(huán)的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，新展示的生物燃料電池在高達(dá) 60% 的拉伸應(yīng)變下可以保持其原始功率密度的 93.5%。因此，具有高電化學(xué)性能的高度柔性和可拉伸的 BFCs 在未來用作可植入生物電子學(xué)的能量系統(tǒng)非常有希望。