研究人員陸續開發出各種發光布料、熱電能量採集織物以及鋅-銀氧化物可充電電池織物,最近又進一步將微生物燃料電池織物添加到這一連串的實驗室技術中,可望用於未來的穿戴式裝置。

美國紐約州立大學——賓漢頓大學(Binghamton University)的研究人員Sumiao Pang、Yang Gao與Seokheun Choi在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)期刊發表研究報告,描述一種燃料電池織物的組成結構,將細菌單體整合成單層、軟性的可拉伸基板。這種微生物燃料電池(MFC)使用綠膿桿菌(銅綠假單胞菌;pseudomonas aeruginosa)作為酶催化劑,將無薄膜燃料電池的輸出提高到每平方公分6.4微瓦(mW)。該材料的電流密度為52微安培/平方公分(mA/cm2),據稱可提供較其他實驗織物更高的產出,並可媲美Choi先前研究的紙基微生物燃料電池產出。

根據研究人員表示,該實驗設計採用無薄膜的單室結構,簡化了材料的製造,以及提高了微生物燃料電池的性能。為了測試材料的穩定度,研究人員們透過反覆拉伸和扭曲操作,並表示未觀察到任何的性能退化情形。

20171218_Fabric_Cell_NT03P1 軟性可拉伸的微生物燃料電池整合於織物基板上的單層 (來源:Binghamton University)

研究人員們將具有導電和親水性的陽極嵌入織物中的3D微型腔室中,透過液體環境使得細菌發電性能最大化。研究人員表示,用於陰極的固態氧化銀/銀材料產生了快速的催化反應。

20171218_Fabric_Cell_NT03P2 增強的陽極(SEM圖)能夠承受無限次的拉伸循環 (來源:Binghamton University)

研究人員使用印刷製程,同時形成了35個獨立的微型腔室,表示這種方法能夠輕鬆地擴展,以實現大規模生產織物微生物燃料電池。最後的成果是可伸縮且可扭轉的電源,從而用於為穿戴式電子裝置供電。此外,根據研究人員表示,還可以將這一組裝配置為採集佩戴者的汗水,使其在佩戴時供電,提供連續的長期操作。它也可以作為諸如拋棄式醫療診斷貼片等產品的一次性電源。

美國國家科學基金會(NSF)、賓漢頓大學研究基金會和賓漢頓大學分析和診斷實驗室小額資助計劃為該研究計劃提供了資金。研究人員發表的「軟性可伸縮的生物電池:在織物單層中整合無薄膜微生物燃料電池」(Flexible and Stretchable Biobatteries: Monolithic Integration of Membrane-Free Microbial Fuel Cells in a Single Textile Layer)一文中提供了更多細節。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Microbial Fuel Cell Fabbed on Flex Fabric,by R. Colin Johnson)