배터리가 없습니까? 땀 없습니다! 웨어러블 바이오 연료 전지는 이제 젖산으로부터 전기를 생산합니다

웨어러블 전자 장치와 바이오 센서는 건강 모니터링을위한 훌륭한 도구이지만 편리한 전원을 찾기가 어려웠습니다. 이제 일본의 한 과학자 그룹이 착용자의 땀에있는 젖산으로부터 전력을 생성하는 웨어러블 바이오 연료 셀 어레이를 성공적으로 개발하고 테스트하여 체액만으로 구동되는 전자 건강 모니터링의 문을 열었습니다.

지난 수십 년 동안 전자 장치의 소형화가 엄청난 발전을 이루었다는 것은 부정 할 수 없습니다. 오늘날, 오래된 데스크톱 컴퓨터를 부끄럽게 만들 수있는 포켓 크기의 스마트 폰과 무선 연결을위한 과다한 옵션 이후, 개발이 꾸준히 진행되고있는 특정 유형의 장치, 즉 웨어러블 바이오 센서가 있습니다. 이 작은 장치는 일반적으로 특정 생체 신호를 측정하고 스마트 폰이나 컴퓨터에 무선으로 측정 값을 전송하여 사용자의 건강을 추적하기 위해 피부에 직접 착용하는 것을 의미합니다.

재료 과학자들이 웨어러블 장치를위한 다양한 유형의 연성 회로 및 전극을 개발했지만 웨어러블 바이오 센서에 적합한 전원을 찾는 것이 어려웠습니다. 손목 시계 및 포켓 계산기에 사용되는 것과 같은 전통적인 버튼 배터리는 너무 두껍고 부피가 큰 반면, 더 얇은 배터리는 용량과 안전 문제를 야기 할 수 있습니다. 하지만 우리가 웨어러블 기기의 동력원이라면 어떨까요?

일본 도쿄 과학 대학교의 Isao Shitanda 부교수가 이끄는 과학자 팀은 웨어러블 전자 장치의 유일한 전원 공급원으로 땀을 사용하는 효율적인 방법을 모색하고 있습니다. Journal of Power Sources에 발표 된 가장 최근 연구 에서 땀, 젖산에 화학 물질을 사용하여 바이오 센서 및 무선 통신 장치를 짧은 시간 동안 구동 할 수있는 충분한 전력을 생성하는 바이오 연료 셀 어레이를위한 새로운 설계를 제시합니다. 이 연구는 일본 쓰쿠바 대학의 츠지 무라 세이야 박사, RIKEN의 미카와 츠토무 박사, 야마가타 대학의 마츠이 히로유키 박사와 공동으로 수행되었습니다.

그들의 새로운 바이오 연료 셀 어레이는 예를 들어 팔이나 팔뚝에 착용 할 수있는 종이 붕대처럼 보입니다. 그것은 본질적으로 여러 바이오 연료 전지가 직렬 및 병렬로 배치 된 발수성 종이 기판으로 구성됩니다. 셀 수는 필요한 출력 전압과 전력에 따라 다릅니다. 각 세포에서 젖산과 전극에 존재하는 효소 사이의 전기 화학적 반응은 전류를 생성하여 전도성 탄소 페이스트로 만든 일반 집 전체로 흐릅니다.

이것은 최초의 젖산 기반 바이오 연료 전지는 아니지만 몇 가지 주요 차이점으로 인해이 새로운 디자인이 기존 젖산 기반 바이오 연료 전지와 차별화됩니다. 하나는 비용 효율적인 대량 생산에 일반적으로 적합한 기술인 스크린 인쇄를 통해 전체 장치를 제작할 수 있다는 사실입니다. 이것은 신중한 재료 선택과 독창적 인 레이아웃을 통해 가능했습니다. 예를 들어, 이전의 유사한 셀은 전도 경로로은 와이어를 사용했지만 현재의 바이오 연료 셀은 다공성 탄소 잉크를 사용합니다. 또 다른 장점은 젖산이 세포에 전달되는 방식입니다. 종이 층은 땀을 모으고 모세관 효과를 통해 모든 세포로 동시에 전달하는 데 사용됩니다. 이는 물이 물웅덩이에 닿을 때 냅킨을 통해 빠르게 이동하는 것과 동일한 효과입니다.

이러한 장점으로 인해 바이오 연료 전지 어레이는 전자 회로에 전력을 전달하는 전례없는 능력을 보여줍니다. Shitanda 박사는 다음과 같이 말했습니다.“ 우리 실험에서 종이 기반 바이오 연료 전지는 3.66V의 전압과 4.3mW의 출력 전력을 생성 할 수 있습니다. 우리가 아는 한,이 힘은 이전에보고 된 젖산 바이오 연료 세포보다 훨씬 더 높습니다. ”웨어러블 바이오 센서 및 일반 전자 기기에 적용 가능성을 입증하기 위해 팀은 젖산을 사용하여 자체 전력을 공급하고 땀의 젖산 농도를 측정 할 수있을뿐만 아니라 측정 된 값을 실시간으로 통신 할 수있는 자체 구동 젖산 바이오 센서를 제작했습니다. 저전력 블루투스 장치를 통해 스마트 폰.

Shitanda 박사가 이끄는 이전 연구에서도 설명했듯이 젖산은 운동 선수 및 재활 환자의 훈련과 관련된 신체 운동의 강도를 실시간으로 반영하는 중요한 바이오 마커입니다. 그러나 제안 된 바이오 연료 셀 어레이는 웨어러블 젖산 바이오 센서뿐만 아니라 다른 유형의 웨어러블 전자 장치에도 전력을 공급할 수 있습니다. ” 우리는 인공 땀 한 방울과 바이오 연료 전지를 사용하여 1.5 시간 동안 상용 활동 측정기를 구동 할 수있었습니다 .”라고 Shitanda 박사는 설명합니다. ” 우리는 스마트 시계와 같은 모든 종류의 장치에 전원을 공급할 수있을 것으로 기대합니다. 다른 일반적인 휴대용 장치. ”

출처:배터리가 없습니까? 땀 없습니다! 웨어러블 바이오 연료 전지는 이제 젖산으로부터 전기를 생산합니다 (ichi.pro)