采用集成微流控装置和增强激光烧蚀生物电极的微型化聚合物酶生物燃料电池

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:24
文章英文标题
Miniaturized polymeric enzymatic biofuel cell with integrated microfluidic device and enhanced laser ablated bioelectrodes
正文
本工作建立了一种简单、定制和经济的激光诱导石墨烯( LIG )材料使用CO2激光器。将一步法LIG生物电极集成到聚二甲基硅氧烷( PDMS )的微流控器件中,进一步验证了其在酶法生物燃料电池( EBFC )中的应用。该电极和器件制造技术提供了一种简单、快速的制造方法,消除了进一步修改和后处理的必要。在优化的CO2激光( 5.1   W功率和0.625   cm   s - 1转速)照射下,制备了LIG电极,并进一步用多壁碳纳米管( CNT )修饰LIG电极,即C - LIG电极。在这项新的研究中,CNT功能化的LIG电极已经被并入微流控装置中用于生物燃料电池的应用。LIG和C-LIG生物电极在层流流流态下已集成到微流控装置中,并对平台进行了电化学和极化研究。该C - LIG生物电极集成了微流控器件,无需任何金属催化剂,在200  μl / min流速下获得了2.2  μW / cm2的功率密度,是LIG生物电极的1.37倍。这种新颖而简单的EBFC平台可以通过优化LIG的形成、交替的纳米功能化以及基于介体的电化学分析来进一步改进以产生更多的功率输出。
文章内容(英文)
The present work establishes a simple, customized, and economical laser-induced graphene (LIG) material produced using a CO\u003csub\u003e2\u003c/sub\u003e laser. The one-step LIG bioelectrodes have been further validated for Enzymatic Biofuel Cell (EBFC) application by integrating them into a microfluidic device, fabricated by the conventional soft-lithography on Polydimethylsiloxane (PDMS). This electrode and device manufacturing technology delivers a simple and quick fabrication method, which eliminates the necessity of any further amendment and post-processing. LIG electrodes were created at optimized CO\u003csub\u003e2\u003c/sub\u003e laser (5.1 W power and 0.625 cm s−1 speed) irradiation which has been further modified by Multi-walled carbon nanotubes (CNT), called C-LIG electrodes, which offers improved performance and enzyme stability. In this novel study, CNT functionalized LIG electrodes have been incorporated into a microfluidic device for biofuel cell applications. LIG and C-LIG bioelectrodes have been integrated into a microfluidic device under the laminar fluid flow regime and the electrochemical and polarization study of the platform have been carried out. This C-LIG bioelectrodes integrated microfluidic device, without any metal catalyst, generated 2.2 μW/cm2 power density with an optimized 200 μl/min flow rate which is 1.37 times higher than the LIG bioelectrodes. Such novel and simple EBFC platform is amenable to further improvement for generating even more power output by optimizing the LIG formation, alternate nano-functionalisation and mediator based electrochemical analysis.
来源出处
Journal|[J]International Journal of Hydrogen EnergyVolume 46, 2021. PP 3183-3192
DOI
https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2020.06.133

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