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生物燃料电池能量收集器:汗水发电成可能

2021-07-15 08:42
陈述根本
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文/陈根

传统的化学电池越来越难以满足现代便携式电子设备快速发展的要求,由此出现了许多基于人体能量发电的技术,比如汗水发电。以前,基于汗水收集能量的设备需要佩戴者进行大量运动,比如高强度跑步或骑自行车。

近日,美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种可以从指尖上的汗水获取能量的新设备。设备佩戴者无需进行锻炼,睡觉也可以产生能量。此外,还可以通过轻按手指产生额外的能量,因此打字、发短信、弹钢琴等活动也可成为能量来源。

陈根:新设备——指尖汗水获取能量

该设备是一种生物燃料电池的能量收集器,由乳酸(一种溶解在汗液中的化合物)提供动力。其由碳纳米管材料制成,还包含一种水凝胶,有助于最大限度地吸收汗水。从外观上看,它就像一块简单的泡沫,连接着一个电极电路,所有电极都连接在指尖上。设备大小约为1平方厘米,十分灵活,适合长时间佩戴。

设备的电池阳极上装有生物酶,能氧化或从乳酸盐中除去电子;电池阴极上沉积了少量铂,以催化还原反应,将氧气转化为水。一旦收集到汗液,设备内部就会产生化学反应,从而产生电流。这个过程是自然发生的——只要有乳酸,就不需要额外的能量启动这个过程。

研究人员表示,之所以选择指尖,是因为与身体其他部位相比,指尖的汗腺密度最高,达一千多个。手指是身体24小时的“汗水工厂”,可产生的汗量是身体其他大部分部位的100到1000倍。

当佩戴者流汗或按压紧身衣时,电能就会被储存在一个小电容器中,并在需要时释放到其他设备。值得一提的是,压电发电机还能将机械能转化为电能,依靠手指的自然捏动甚至睡觉等日常动作,这些发电机就能产生额外的能量。

一名受试者将该设备戴在一个指尖上。在10个小时的睡眠中,该设备收集了近400毫焦耳的能量,这足以为一块电子表提供24小时的电力。并且,通过一个小时的随意打字和点击鼠标,该设备可以收集近3000万毫焦耳的能量。

这是有史以来发明的最高效的身体能量收集器,意味着可自我维持的可穿戴电子产品向更实用、更方便、更大众化的方向迈出了重要一步。

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