An oxygen-independent and membrane-less glucose biobattery/supercapacitor hybrid device

超级电容器 氧气 化学 化学工程 材料科学 纳米技术 电化学 电极 生物化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Xinxin Xiao,Peter Ó Conghaile,Dónal Leech,Roland Ludwig,Edmond Magner
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:98: 421-427 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.bios.2017.07.023
摘要

Enzymatic biofuel cells can generate electricity directly from the chemical energy of biofuels in physiological fluids, but their power density is significantly limited by the performance of the cathode which is based on oxygen reduction for in vivo applications. An oxygen-independent and membrane-less glucose biobattery was prepared that consists of a dealloyed nanoporous gold (NPG) supported glucose dehydrogenase (GDH) bioanode, immobilised with the assistance of conductive polymer/Os redox polymer composites, and a solid-state NPG/MnO2 cathode. In a solution containing 10mM glucose, a maximum power density of 2.3µWcm-2 at 0.21V and an open circuit voltage (OCV) of 0.49V were registered as a biobattery. The potential of the discharged MnO2 could be recovered, enabling a proof-of-concept biobattery/supercapacitor hybrid device. The resulting device exhibited a stable performance for 50 cycles of self-recovery and galvanostatic discharge as a supercapacitor at 0.1mAcm-2 over a period of 25h. The device could be discharged at current densities up to 2mAcm-2 supplying a maximum instantaneous power density of 676 μW cm-2, which is 294 times higher than that from the biobattery alone. A mechanism for the recovery of the potential of the cathode, analogous to that of RuO2 (Electrochim. Acta 42(23), 3541-3552) is described.

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