26.02.2021

Одноразовая электроника для биотопливных элементов на бумажной основе

Уменьшенный вес, размер и энергопотребление литий-ионных батарей сделали портативную электронику повсеместной, но повышение эффективности сдерживается рисками безопасности и проблемами окружающей среды. Эти проблемы заставляют компании искать рентабельные и устойчивые альтернативы.

Французская компания BeFC (биоферментные топливные элементы) разработала ультратонкую портативную систему биотопливных элементов на бумажной основе, в которой используются биологические катализаторы вместо химических или дорогих металлических катализаторов для преобразования природных субстратов (таких как глюкоза и кислород) в электричество. Решение стартапа, единогласно выигравшее Leyton Sustainable Startup Challenge на выставке Consumer Electronics Show в этом году, использует ферменты, угольные электроды и бумажную микрофлюидику для обеспечения более устойчивого способа питания портативных и одноразовых электронных устройств.

В интервью EE Times Europe Жюль Хаммонд, генеральный директор и соучредитель, и Эндрю Гросс, старший научный сотрудник и соучредитель, описали генезис, миссию и амбиции BeFC.

EE Times Europe : Какова история создания BeFC? Пришло время найти серьезную альтернативу литий-ионным батареям?

Жюль Хаммонд: BeFC — это ответвление SATT Linksium , расположенного в Гренобле, в самом сердце Альп. Мы были основаны в начале 2020 года. Наше видение состоит в том, чтобы производить электричество с использованием бумаги и ферментов, чтобы создать устойчивое и экологичное энергетическое решение для маломощной электроники. Основатели определили растущую тенденцию к использованию портативных медицинских устройств и носимых медицинских устройств.

Примеры включают цифровые тесты на беременность / овуляцию и непрерывные мониторы глюкозы для лечения диабета. Проблема: эти устройства обычно питаются от литиевых батарей типа «таблетка» или «таблетка», причем в среднем 97% всех химических миниатюрных батарей оказывается на свалках.

В биоферментных топливных элементах на бумажной основе используются ферменты для преобразования глюкозы и кислорода в энергию. Они используют натуральные материалы и не содержат металлов. Будучи бумажными, они ультратонкие и гибкие — идеально подходят для носимой электроники.

Лидеры в технологии биотопливных элементов, команда Biosystèmes Electrochimiques et Analytiques (BEA) в Университете Гренобля-Альп первоначально работала над имплантированными устройствами с целью питания кардиостимуляторов и другой биомиметической электроники. Фактически, команда доктора Сержа Коснье была первой, кто имплантировал биотопливный элемент животному еще в 2010 году. Однако, учитывая огромные затраты и длительные сроки, связанные с регулированием имплантируемых медицинских устройств, под руководством доктора Майкла Хольцингера, команда решила перейти на более обычные электронные устройства.

EETE: Можете ли вы объяснить, что делает вашу технологию уникальной и революционной? Каковы преимущества использования биоферментов?

Эндрю Гросс: В нашей основной технологии используются биологические катализаторы для выработки электричества в результате электроэнзиматического окисления сахаров и восстановления кислорода. В отличие от обычных батарей и топливных элементов, в которых используются катализаторы на основе редких или токсичных металлов, в наших устройствах используются ферменты для устойчивого и эффективного производства электроэнергии. Ферменты являются полностью натуральными и многочисленными, но они также обладают замечательной селективностью и высокой каталитической активностью в мягких условиях, без необходимости использования токсичных растворителей или добавок.

EETE: Утверждается, что батарея BeFC преобразует все жидкости без исключения или ограничений?

Брутто: биотопливные элементы генерируют энергию за счет преобразования топлива и окислителя. Это сильно отличается от батареи, которая вырабатывает энергию, хранящуюся в устройстве. Благодаря превосходным свойствам ферментов и нашей запатентованной технологии бумажной фильтрации наши устройства могут работать практически в любом типе воды и даже в биологических жидкостях, таких как сыворотка и моча. Последняя [возможность] — это уникальная особенность, которая позволит нам выпускать совершенно новые продукты для рынка здравоохранения, которые раньше были невозможны с традиционными батареями.

EETE: Как насчет хранения энергии?

Брутто: Нас часто спрашивают о хранении энергии. Наши биотопливные элементы также извлекают выгоду из явления электрохимической псевдоемкости. Эта функция позволяет нам подавать большие импульсы мощности в течение коротких миллисекундных периодов времени с быстрым временем восстановления, чему способствует процесс электроэнзиматического преобразования.

EETE: Топливный элемент «миниатюрен». Насколько?

Гросс: За последние годы мы добились значительных успехов в миниатюризации устройств. Мы перешли от довольно громоздких настольных прототипов 1,2 к ультратонким биотопливным элементам. Теперь мы можем производить устройства размером 1 см 2, которые имеют толщину всего несколько сотен микрон и обеспечивают мощность в несколько милливатт. А благодаря нашей гибкой бумажной технологии мы можем производить биотопливные элементы самых разных размеров и форматов, чтобы удовлетворить потребности клиентов. Увеличение масштаба представляет собой одну из наших больших проблем. Сейчас мы работаем со стратегическими партнерами, и у нас есть специалист по индустриализации бумаги, который хочет присоединиться к команде BeFC в ближайшие месяцы.

EETE: BeFC определила потенциал роста Интернета вещей. На какие рынки вы в большей степени ориентируетесь?

Хаммонд: Медицинские применения особенно интересны, потому что обычные батареи усложняют утилизацию и увеличивают стоимость, а сжигание является предпочтительным методом. Еще один интересный рынок — упаковка и логистика, где производители стремятся интегрировать источник питания для создания IoT / подключенного решения.

EETE: Эти биотопливные элементы потенциально могут использоваться в датчиках и микропроцессорах для одноразовых устройств, но не только для них. Правильно?

Хаммонд: Независимо от рынка, BeFC предлагает устойчивое и экологически безопасное энергетическое решение для любых приложений с низким энергопотреблением. Способные производить несколько милливатт на квадратный сантиметр, они могут питать микроконтроллеры, флэш-память и датчики, периодически передавая данные по протоколам беспроводной связи с низким энергопотреблением (например, BLE, ANT, LoRa и Sigfox).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять