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新型燃料電池可嵌入醫(yī)療植入物 利用人體葡萄糖發(fā)電
2022年05月17日 10:29:51
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：Lani 點(diǎn)擊量：4948
有研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種新型的燃料電池，即以葡萄糖為燃料，將葡萄糖直接轉(zhuǎn)化為電能。其可為人體醫(yī)療植入物提供動(dòng)力。
【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】葡萄糖是廣泛存在于自然界中的一類單糖，其在生物學(xué)領(lǐng)域具有重要地位。葡萄糖是生物的主要供能物質(zhì)，是活細(xì)胞的能量來源和新陳代謝的中間產(chǎn)物，植物也可通過光合作用產(chǎn)生葡萄糖。另外，葡萄糖在醫(yī)療、食用方面都發(fā)揮著積極作用。
對(duì)人體而言，葡萄糖是活細(xì)胞的能量來源，那其是否也能為醫(yī)療植入物提供動(dòng)力呢？美國麻省理工學(xué)院和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的工程師給予了肯定的答復(fù)。據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種新型的燃料電池，即以葡萄糖為燃料，將葡萄糖直接轉(zhuǎn)化為電能。
這個(gè)裝置微小但能量巨大。就裝置本身而言，其厚度僅有400納米，約為人類頭發(fā)直徑的1/100。且該含糖電源每平方厘米可產(chǎn)生約43微瓦的電力，達(dá)到迄今為止葡萄糖燃料電池的最高功率密度。近日于《先進(jìn)材料》發(fā)表的最新論文還指出，該新型葡萄糖電池可承受高達(dá)600℃的溫度。也就是說，如果將該燃料電池嵌入醫(yī)療植入物中，則其可在植入設(shè)備所需的高溫滅菌過程中依舊保持功能穩(wěn)定。
據(jù)了解，該電池的核心部分為陶瓷，這種陶瓷材料不僅無毒、成本低，還使得它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，新設(shè)計(jì)可制成超薄膜或涂層，并包裹在植入物周圍，利用人體豐富的葡萄糖被動(dòng)地為電子設(shè)備供電。
隨后，研究人員通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)出了這種新型葡萄糖燃料電池，其電解質(zhì)采用具有高離子電導(dǎo)率的陶瓷材料二氧化鈰，陽極和陰極則采用易與葡萄糖反應(yīng)的穩(wěn)定材料鉑。
研究人員在一個(gè)芯片上制造了150個(gè)單獨(dú)的葡萄糖燃料電池，并將電池圖案摹刻到硅晶片上，實(shí)驗(yàn)表明電池可與常見的半導(dǎo)體材料配對(duì)。隨后研究人員又測(cè)量了電池在定制測(cè)試站中將葡萄糖溶液流過每個(gè)晶片時(shí)產(chǎn)生的電流。研究發(fā)現(xiàn)，許多電池產(chǎn)生的峰值電壓約為80毫伏。對(duì)這個(gè)尺寸的電池來說，該輸出已是現(xiàn)有葡萄糖燃料電池設(shè)計(jì)中的最高功率密度了。
研究人員還表示，這是第一次將電陶瓷材料中的質(zhì)子傳導(dǎo)用于葡萄糖到能量的轉(zhuǎn)換，它定義了一種新型的電化學(xué)。這也為植入傳感器和其他功能的微型電源開辟了一條新途徑。
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