Un equipo de ingenieros ha desarrollado celdas de combustible elásticas que extraen energía del sudor y son capaces de alimentar dispositivos electrónicos, como LED y radios Bluetooth. Las celdas de biocombustibles generan 10 veces más energía por área de superficie que cualquier celda de biocombustible portátil existente. Los dispositivospodría usarse para alimentar una gama de dispositivos portátiles.
Las células de biocombustibles epidérmicas son un gran avance en el campo, que ha estado luchando para hacer que los dispositivos sean lo suficientemente estirables y lo suficientemente potentes. Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego pudieron lograr este avance gracias a una combinación de inteligenciaquímica, materiales avanzados e interfaces electrónicas. Esto les permitió construir una base electrónica elástica mediante el uso de la litografía y la serigrafía para crear conjuntos de ánodos y cátodos basados en nanotubos de carbono en 3D.
Las células de biocombustibles están equipadas con una enzima que oxida el ácido láctico presente en el sudor humano para generar corriente. Esto convierte el sudor en una fuente de energía.
Los ingenieros informan sus resultados en la edición de junio de Energía y ciencias ambientales . En el documento, describen cómo conectaron las celdas de biocombustible a una placa de circuito a medida y demostraron que el dispositivo podía alimentar un LED mientras una persona que lo usaba hacía ejercicio en una bicicleta estacionaria. El profesor Joseph Wang, quien dirigeEl Centro de Sensores Portátiles en la Universidad de California en San Diego, dirigió la investigación, en colaboración con el profesor de ingeniería eléctrica y codirector del centro Patrick Mercier y el profesor de nanoingeniería Sheng Xu, ambos también en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego.
Islas y puentes
Para ser compatible con dispositivos portátiles, la celda de biocombustible debe ser flexible y estirable. Por lo tanto, los ingenieros decidieron usar lo que ellos llaman una estructura de "puente e isla" desarrollada en el grupo de investigación de Xu. Esencialmente, la celda está formada por filas depuntos que están conectados por estructuras en forma de resorte. La mitad de los puntos forman el ánodo de la celda; la otra mitad es el cátodo. Las estructuras en forma de resorte pueden estirarse y doblarse, haciendo que la celda sea flexible sin deformar el ánodo y el cátodo.
La base de la estructura de islas y puentes se fabricó mediante litografía y está hecha de oro. Como segundo paso, los investigadores utilizaron la serigrafía para depositar capas de materiales de biocombustibles en la parte superior de los puntos de ánodo y cátodo.
aumento de la densidad de energía
El mayor desafío de los investigadores fue aumentar la densidad de energía de la célula de biocombustible, lo que significa la cantidad de energía que puede generar por área de superficie. El aumento de la densidad de energía es clave para aumentar el rendimiento de las células de biocombustible. Mientras más energía puedan generar las células, máspoderosos que pueden ser.
"Necesitábamos encontrar la mejor combinación de materiales para usar y en qué proporción usarlos", dijo Amay Bandodkar, uno de los primeros autores del artículo, que entonces era un estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Wang. Élahora es investigador postdoctoral en la Northwestern University.
Para aumentar la densidad de potencia, los ingenieros imprimieron en pantalla una estructura 3D de nanotubos de carbono en la parte superior de los ánodos y cátodos. La estructura permite a los ingenieros cargar cada punto anódico con más enzima que reacciona al ácido láctico y al óxido de plata en los puntos catódicos.Además, los tubos permiten una transferencia de electrones más fácil, lo que mejora el rendimiento de las células de biocombustibles.
Aplicaciones de prueba
La celda de biocombustible se conectó a una placa de circuito a medida fabricada en el grupo de investigación de Mercier. La placa es un convertidor CC / CC que iguala la potencia generada por las celdas de combustible, que fluctúa con la cantidad de sudor producido por un usuario, y lo convierte en potencia constante con un voltaje constante.
Los investigadores equiparon a cuatro sujetos con la combinación de tablero de biocombustible y les hicieron hacer ejercicio en una bicicleta estacionaria. Los sujetos pudieron encender un LED azul durante aproximadamente cuatro minutos.
Próximos pasos
Se necesita trabajo futuro en dos áreas. Primero, el óxido de plata utilizado en el cátodo es sensible a la luz y se degrada con el tiempo. A la larga, los investigadores necesitarán encontrar un material más estable.
Además, la concentración de ácido láctico en el sudor de una persona se diluye con el tiempo. Es por eso que los sujetos pudieron encender un LED durante solo cuatro minutos mientras andaban en bicicleta. El equipo está explorando una forma de almacenar la energía producida mientras la concentraciónde lactato es lo suficientemente alto y luego lo libera gradualmente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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