2021年7月13日，Joule在線發(fā)表了來自加州大學(xué)圣地亞哥分校Joseph Wang的工作A passive perspiration biofuel cell: High energy return on investment，描述了一種基于觸摸的生物燃料電池 這種生物燃料電池可以在手指上連續(xù)運(yùn)行，即使在夜間睡眠期間沒有任何主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且可以很容易地與壓電發(fā)電機(jī)集成，協(xié)同從指尖按壓獲得能量?；厥盏哪芰康膶?shí)際使用演示了一個(gè)集成傳感器與專用顯示面板的供電。
該設(shè)備是一種被稱為生物燃料電池（BFC）的能量收獲器，并由乳酸（汗液中的一種可溶化合物）提供動(dòng)力。設(shè)備由碳納米管材料制成的，還包含一種水凝膠（PVA），有助于最大限度地吸收汗水。從外觀上看，它就像一塊簡(jiǎn)單的泡沫，連接著一個(gè)電極電路，所有電極都連接在指尖上。
第一作者Lu Yin介紹，“手指的出汗率可以達(dá)到每分鐘每平方厘米幾微升。與身體其他部位相比，這一點(diǎn)非常有意義。其他部位的出汗率與之相比可能要小兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)”。當(dāng)吸收汗液的時(shí)候，該設(shè)備內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)。電池陽(yáng)極上裝有生物酶，能氧化或從乳酸鹽中除去電子；陰極上沉積了少量鉑，以催化還原反應(yīng)，使電子將氧氣轉(zhuǎn)化為水。一旦發(fā)生這種反應(yīng)，電子就會(huì)從乳酸鹽流到電路，進(jìn)而產(chǎn)生電流。這個(gè)過程是自發(fā)發(fā)生的：只要有乳酸，就不需要額外的能量啟動(dòng)這個(gè)過程。
除了汗液發(fā)電，不睡覺的時(shí)候，其他動(dòng)作也可以發(fā)電。壓電發(fā)電機(jī)能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，與生物燃料電池BFC相連，并互為補(bǔ)充。人在日常生活中，手指的按壓和打字等動(dòng)作都可以產(chǎn)生能量，因此，供能方式來源是多樣的。 作者將其做成了器件，實(shí)現(xiàn)了自供能的傳感-顯示系統(tǒng)。在未來，這種供能器件可以融入可穿戴形式，比如手套中，我們有十個(gè)手指可用，隨時(shí)隨地可以發(fā)電，產(chǎn)生的電可以用于可穿戴傳感器的電源供應(yīng)，比如在跑步的情況下，人體產(chǎn)生大量的汗液，同時(shí)汗液生電就可以來供應(yīng)手表、速度檢測(cè)儀、心跳檢測(cè)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生到應(yīng)用的閉環(huán)，這樣就避免了忘記給隨身設(shè)備充電的尷尬。
Nature對(duì)其進(jìn)行了Highlight，以“While you sleep, a device harvests energy from your sweaty fingertips”為題進(jìn)行了報(bào)道。
一種可以戴在指尖的薄而靈活的設(shè)備可以從睡眠者的汗水中獲取能量，為小型可穿戴電子產(chǎn)品供電。從智能手表到健康監(jiān)測(cè)，可穿戴技術(shù)正成為日常生活中不可或缺的一部分。但是找到方便的能源一直很困難。 為了解決這個(gè)問題，加州大學(xué)圣地亞哥分校的Joseph Wang和他的同事們制造了一種設(shè)備，可以從指尖汗液中的化學(xué)物質(zhì)中獲取能量。與以前的以汗水為燃料的能源不同，它不需要身體運(yùn)動(dòng)。它也是迄今為止從身體中收集能量最有效的設(shè)備 該設(shè)備能在人睡覺時(shí)收集足夠的能量，以操作傳感器和顯示面板，進(jìn)行環(huán)境或健康監(jiān)測(cè)。它還可以提取手指輕按產(chǎn)生的能量，比如打字或發(fā)短信時(shí)。作者希望提高設(shè)備的效率和耐用性，并將其與其他類型的能量收集器集成。
文中提到：該設(shè)備在夜間睡眠時(shí)每平方厘米能產(chǎn)生300毫焦耳的能量，足夠?yàn)橐粔K手表提供一天的能量。更重要的是，如果一個(gè)人戴著這個(gè)裝置，將兩個(gè)手指捏在一起施加壓力，它可以產(chǎn)生30毫焦耳每平方厘米，這要?dú)w功于發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。該團(tuán)隊(duì)證明，這些小小的能量爆發(fā)足以為可穿戴的維生素C傳感器及其顯示器提供動(dòng)力?！八茏屖褂谜叱掷m(xù)地從人體中獲取能量，”加州大學(xué)醫(yī)學(xué)工程師Wei Gao說。 Ghaffari說，可穿戴傳感器仍處于開發(fā)的早期階段，但像這樣的研究正在推動(dòng)它們成為日常生活中的現(xiàn)實(shí)。 除了Nature和Science，其他關(guān)注科學(xué)的媒體也對(duì)這個(gè)工作盛贊不已，其中就包括了Mail Online，Independent，Mirror，New Scientist等主流媒體，對(duì)其應(yīng)用前景充滿了期待。
Joule在2017年9月6日出版第一期，到現(xiàn)在才出版46期，在不到四年的時(shí)間里，Joule就已經(jīng)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的能源類期刊中穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)了一席之地。從創(chuàng)刊起，Joule以為能源研究的學(xué)科和規(guī)模架起橋梁為目標(biāo)，致力于發(fā)現(xiàn)具有應(yīng)用前景的技術(shù)。Joule將所有研究和分析提供可持續(xù)能源解決方案的挑戰(zhàn)（科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和社會(huì)）的人聯(lián)系起來。從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室研究到能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存，再到全球?qū)用娴挠绊懛治觥?/span>
去年Joule的影響因子為29.155，而今年躍升至41.248，在能源類中，僅次于Nature Energy，但是我們可以看到，在Joule上發(fā)表的文章的質(zhì)量越來越高。
在引用最多的文章中，第一名的文章引用數(shù)量高達(dá)869次，可見Joule的影響力有多大。
相信在未來，Joule依然能夠?yàn)榇蠹規(guī)碜钋把氐难芯?，最令人嘆為觀止的發(fā)現(xiàn)，最具應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)！早日超過Nature Energy！ 參考來源：
1.A passive perspiration biofuel cell: High energy return on investment.
https://www.cell.com/joule/pdfExtended/S2542-4351(21)00292-0
2.https://www.nature.com/articles/d41586-021-01916-w
3.https://www.sciencemag.org/news/2021/07/your-sweaty-fingertips-could-help-power-next-generation-wearable-electronics)
4.https://www.newscientist.com/article/2283777-finger-sweat-can-power-wearable-medical-sensors-24-hours-a-day/ )
5.https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-9783891/Plaster-like-strip-generate-power-finger-sweat.html
6.https://www.mirror.co.uk/news/uk-news/device-turns-sweaty-fingers-power-24528197.
https://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/wearables-charging-record-battery-energy-b1883348.html
8.https://jcr.clarivate.com/jcr-jp/journal-profile?journal=JOULE&year=2020&fromPage=%2Fjcr%2Fbrowse-journals
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