本研究提出了一種基于納米/微型混合結(jié)構(gòu)Au陽(yáng)極的高功率非酶葡萄糖生物燃料電池(GBFC)。采用鎳模熱壓法制備了均勻分布的聚碳酸酯微半球陣列電極。然后，以1,6-己二硫醇為雙面錨定劑，在微半球陣列上沉積金納米顆粒單層，制備納/微米雜化結(jié)構(gòu)的金陽(yáng)極。陰極由石墨烯薄膜涂層的玻碳電極組成。質(zhì)子交換膜Nafion，用于分離正極和負(fù)極，完成電池組裝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的非酶GBFC在室溫下具有高功率密度10.7 mW cm
-2，高電流密度29.5 mA cm
-2，開(kāi)路電壓8.2 V，短路電流34 mA。計(jì)算出該電極的能量轉(zhuǎn)換效率為52.47%。此外，所提出的GBFC具有易于大規(guī)模生產(chǎn)、制造成本低、可重復(fù)性高、保存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，在商業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用中具有很高的可行性。
Figure 1. (A)基于納米/微型混合結(jié)構(gòu)金陽(yáng)極的非酶葡萄糖生物燃料電池示意圖。(B)生物燃料電池組件。
Figure 2. (A)光刻后得到的PR微半球陣列，(B)電鑄后在鎳模具上得到的凹面微半球陣列，(C)熱壓成形后得到的PC基板，(D)微納米混合結(jié)構(gòu)的Au陽(yáng)極。
Figure 3. （A）各種電極的電化學(xué)表征：（1）循環(huán)伏安圖和（2）阻抗圖。（B）目標(biāo)電極通過(guò)循環(huán)伏安法進(jìn)行表征。（1）在含有0.1 M葡萄糖的0.2 M NaOH溶液中進(jìn)行不同掃描速率的循環(huán)伏安法。（2）氧化還原峰值電流與掃描速率平方根之間的線性關(guān)系。
Figure 4 （A） pH值對(duì)GBFC性能的影響：（1）極化曲線和（2）功率密度曲線。（B） NaOH濃度對(duì)GBFC性能的影響：（1）極化曲線和（2）功率密度曲線。（C）葡萄糖濃度對(duì)GBFC性能的影響：（1）極化曲線和（2）功率密度曲線。
相關(guān)研究成果于2020年由國(guó)立中興大學(xué)的Wang Gou-Jen課題組，發(fā)表在Journal of Power Sources（doi：10.1016/j.jpowsour.2020.227844）上，原文：High-power, non-enzymatic glucose biofuel cell based on a nano/micro hybrid-structured Au anode。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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