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背景介绍
柔性和可穿戴电子产品因其在便携显示、在线传感、人类健康管理等领域的潜在应用价值而备受关注，因此，发展与上述柔性电子具有良好匹配性的能量转换或储存器件至关重要。将化学能（如葡萄糖）转化为电能的生物燃料电池（BFC），清洁性高、生物相容性好，具有广泛的应用前景。传统的生物燃料电池通常使用液态电解质，电极材料的柔性和可拉伸有限，为实现高性能的柔性可拉伸生物燃料电池带来了巨大挑战。
文章亮点
近日，同济大学陈涛教授在Nano Letters上发表了一种具有较高性能的柔性可拉伸酶生物燃料电池的相关研究成果。该生物燃料电池由石墨烯/碳纳米管/酶复合织物电极和含有葡萄糖的聚丙烯酰胺水凝胶电解质组装而成（图1）。织物电极中，从石墨烯层共价生长的碳纳米管阵列不仅可作为导电基底并用于固定酶分子，还可赋予酶和石墨烯电极之间高效的电荷交换及传输能力。因此，所发展的生物燃料电池可输出 0.65 V 的开路电压和 64.2 μW cm-2 的功率密度。
图1. 石墨烯/碳纳米管/酶复合织物生物电极与柔性可拉伸生物燃料电池的示意图。
得益于电极材料的织物状结构和高分子水凝胶电解质优异的柔性及可拉伸性，该生物燃料电池被弯曲至任意角度（0~180°）、甚至经400 次循环弯曲/释放后，其电化学性能几乎保持不变（图 2a-c）。如图 2d、e所示，该生物燃料电池在高达 60% 的拉伸应变下，其开路电压基本保持不变，功率密度可保持其原始值的 93.5%，表现出优异的柔性和可拉伸性能。所发展生物燃料电池柔性和可拉伸性与生物组织具有良好的匹配性，例如神经组织（~20%）、血管（~30%）和皮肤（~50%），因此，未来有望作为能源供应系统应用于体外/体内生物电子设备领域。
图2.酶生物燃料电池的柔性和可拉伸性能。
通讯作者信息
陈涛，同济大学长聘教授。2006年 郑州大学本科；2009年郑州大学硕士；2012年复旦大学博士；2012-2014年 美国凯斯西储大学研究助理；2014年加入同济大学。入选上海市青年拔尖人才、上海市青年科技启明星等。在 Sci. Bull.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Nano Lett.等国际知名期刊发表SCI论文50多篇 ，授权中国发明专利14项。
Nano Lett. 2022, 22, 1, 196–202
Publication Date: December 22, 2021
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03621
Copyright © 2022 American Chemical Society
