本研究提出了一种基于纳米/微型混合结构Au阳极的高功率非酶葡萄糖生物燃料电池(GBFC)。采用镍模热压法制备了均匀分布的聚碳酸酯微半球阵列电极。然后，以1,6-己二硫醇为双面锚定剂，在微半球阵列上沉积金纳米颗粒单层，制备纳/微米杂化结构的金阳极。阴极由石墨烯薄膜涂层的玻碳电极组成。质子交换膜Nafion，用于分离正极和负极，完成电池组装。实验结果表明，所提出的非酶GBFC在室温下具有高功率密度10.7 mW cm^-2，高电流密度29.5 mA cm^-2，开路电压8.2 V，短路电流34 mA。计算出该电极的能量转换效率为52.47%。此外，所提出的GBFC具有易于大规模生产、制造成本低、可重复性高、保存时间长等优点。因此，在商业化和实际应用中具有很高的可行性。
 
Figure 1. (A)基于纳米/微型混合结构金阳极的非酶葡萄糖生物燃料电池示意图。(B)生物燃料电池组件。
 

Figure 2. (A)光刻后得到的PR微半球阵列，(B)电铸后在镍模具上得到的凹面微半球阵列，(C)热压成形后得到的PC基板，(D)微纳米混合结构的Au阳极。
 

Figure 3. （A）各种电极的电化学表征：（1）循环伏安图和（2）阻抗图。（B）目标电极通过循环伏安法进行表征。（1）在含有0.1 M葡萄糖的0.2 M NaOH溶液中进行不同扫描速率的循环伏安法。（2）氧化还原峰值电流与扫描速率平方根之间的线性关系。
 

Figure 4 （A） pH值对GBFC性能的影响：（1）极化曲线和（2）功率密度曲线。（B） NaOH浓度对GBFC性能的影响：（1）极化曲线和（2）功率密度曲线。（C）葡萄糖浓度对GBFC性能的影响：（1）极化曲线和（2）功率密度曲线。
 
        相关研究成果于2020年由国立中兴大学的Wang Gou-Jen课题组，发表在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。

转自《石墨烯杂志》公众号