可集成到纺织物中的新微生物燃料电池 冯吟洲18301050211 引入:如今,各种基于纺织品的可穿戴电子产品渐渐进入我们的生活,但其能源 需要低功率但长期、柔韧且可拉伸的特性。最近,宾厄姆顿大学课题组尝试将微 生物燃料电池(MFCs)单片集成在单一纺织层中,该产品就算经过反复的扭转 拉伸,仍具有稳定的发电能力。可以预想,未来我们可能能穿上一件生物发电的 智能衣服了。 技术概述:微生物电池MFC(生物燃料电池的一种) 生物燃料电池(BFCs):利用酶或者微生物组织作为催化剂,将燃料的 化学能转化为电能的装置 分类:按催化剂类型分为酶促BFC(EFC)和微生物燃料电池(MFC) 微生物燃料电池(MFC) 酶促BFC(EEC) 区整个微生物细胞作催化剂 用酶作为生物催化剂 别靠合适的电子传递媒介体在生物组分和电极通过生物电化学途径,把燃料中的化学能 之间进行有效的电子传递 转化为电能 弹性更强 功率密度高:近期一个课题组产生了近 点2.能长期稳定的自我维持:微生物含有完整的12mWcm2的功率密度,是所有可穿戴 酶途径,能够自组装,自我修复并自我维护BFC中功率密度最高的 3.微生物更易于从MFC佩戴者体液中收集电力 缺1.安全性:微生物细胞毒性可能引起健康问题1.低稳定性:酶容易退化,缺乏稳定性 点2.电能转换效率较低:传质过程受到生物膜的2.低效电化学性能:酶的氧化还原电活性 阻碍导致电能转换效率较低 位点深深地嵌入酶基质中,这降低了从酶 到电极的电子转移效率。(可能可以用新 的固定技术添加介体或提供直接的电子传递途 径,但目前没有技术突破) 原 理 glucon 微生物 阳极室 閃极 图1酶燃料电池的基本结构模型 图1微生物燃料电池工作原理 Fig. 1 The working principle of a microbial fuel cell 酶进行氧化反应 微生物降解或氧化有机物 有直接和间接两种电子传送方式 质子通过质子交换膜到阴极 电子由经外路到阴极发生氧化还原反应 介子将阴极电子送回阳极可集成到纺织物中的新微生物燃料电池 冯吟洲 18301050211 引入:如今，各种基于纺织品的可穿戴电子产品渐渐进入我们的生活，但其能源 需要低功率但长期、柔韧且可拉伸的特性。最近，宾厄姆顿大学课题组尝试将微 生物燃料电池（MFCs）单片集成在单一纺织层中，该产品就算经过反复的扭转 拉伸，仍具有稳定的发电能力。可以预想，未来我们可能能穿上一件生物发电的 智能衣服了。 技术概述：微生物电池 MFC（生物燃料电池的一种） 生物燃料电池（BFCs）：利用酶或者微生物组织作为催化剂，将燃料的 化学能转化为电能的装置 分类：按催化剂类型分为酶促 BFC（EFC）和微生物燃料电池（MFC） 微生物燃料电池（MFC） 酶促 BFC（EFC） 区 别 整个微生物细胞作催化剂 靠合适的电子传递媒介体在生物组分和电极 之间进行有效的电子传递 用酶作为生物催化剂 通过生物电化学途径，把燃料中的化学能 转化为电能 优 点 1.弹性更强 2.能长期稳定的自我维持：微生物含有完整的 酶途径，能够自组装，自我修复并自我维护 3.微生物更易于从 MFC 佩戴者体液中收集电力 功率密度高：近期一个课题组产生了近 1.2 mW cm-2 的功率密度，是所有可穿戴 BFC 中功率密度最高的 缺 点 1.安全性：微生物细胞毒性可能引起健康问题 2.电能转换效率较低：传质过程受到生物膜的 阻碍导致电能转换效率较低 1.低稳定性：酶容易退化，缺乏稳定性 2.低效电化学性能：酶的氧化还原电活性 位点深深地嵌入酶基质中，这降低了从酶 到电极的电子转移效率。（可能可以用新 的固定技术添加介体或提供直接的电子传递途 径，但目前没有技术突破） 原 理 微生物降解或氧化有机物 质子通过质子交换膜到阴极 电子由经外路到阴极发生氧化还原反应 介子将阴极电子送回阳极 酶进行氧化反应 有直接和间接两种电子传送方式