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深大周學(xué)龍AFM: 可穿戴生物燃料電池從制造到應(yīng)用的進(jìn)展

可穿戴生物燃料電池 (w-BFC) 通過高效的生物電化學(xué)反應(yīng)從能量密集的碳中性燃料中產(chǎn)生綠色電力，具有出色的生物相容性、顯著的環(huán)境可持續(xù)性和卓越的小型化能力，這使w-BFC在可穿戴應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的潛力。

在此，深圳大學(xué)周學(xué)龍副研究員等人介紹了基本的w-BFC設(shè)計(jì)并討論它們的創(chuàng)新應(yīng)用以及w-BFC 在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的重要性。首先，作者簡要介紹了w-BFC 的一般概念、工作機(jī)制以及性能參數(shù)（電壓、功率輸出、穩(wěn)定性、耐用性等）。

然后對(duì)制造w-BFC 的不同材料和策略進(jìn)行分類，并總結(jié)了不同類型電解液的發(fā)展，特別是在w-BFC中加入水凝膠。最后，作者總結(jié)并討論w-BFCs的應(yīng)用，除了自供電生物傳感以外，還有在藥物輸送和傷口敷料中的特殊應(yīng)用，并預(yù)見了它們?cè)诎葱杷幬镙斔秃椭悄軅诜罅现械慕趹?yīng)用。

圖1. 本綜述的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

此外，作者指出了w-BFC 仍面臨的幾個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

1）電池電壓低；2) 低功率輸出和3) 生物催化劑的短壽命。目前制造的w-BFC大多僅限于酶促 w-BFC，新型微生物w-BFCs 利用活微生物作為生物催化劑，它們是可自我更新的，因此具有良好的長期穩(wěn)定性，但在商業(yè)化之前需要仔細(xì)評(píng)估微生物平衡等實(shí)質(zhì)性影響。未來需要化學(xué)家、生物學(xué)家和電氣工程師做出努力，以實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的可穿戴生物電池。

圖2. BFC的組成及反應(yīng)機(jī)理

Wearable Biofuel Cells: Advances from Fabrication to Application, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202103976

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