High-power biofuel cells based on three-dimensional reduced graphene oxide/carbon nanotube micro-arrays

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作者
Yin Song,Chunlei Wang
出处
期刊:Microsystems & Nanoengineering [Springer Nature]
卷期号:5 (1) 被引量:28
标识
DOI:10.1038/s41378-019-0081-2
摘要

Miniaturized enzymatic biofuel cells (EBFCs) with high cell performance are promising candidates for powering next-generation implantable medical devices. Here, we report a closed-loop theoretical and experimental study on a micro EBFC system based on three-dimensional (3D) carbon micropillar arrays coated with reduced graphene oxide (rGO), carbon nanotubes (CNTs), and a biocatalyst composite. The fabrication process of this system combines the top-down carbon microelectromechanical systems (C-MEMS) technique to fabricate the 3D micropillar array platform and bottom-up electrophoretic deposition (EPD) to deposit the reduced rGO/CNTs/enzyme onto the electrode surface. The Michaelis-Menten constant KM of 2.1 mM for glucose oxidase (GOx) on the rGO/CNTs/GOx bioanode was obtained, which is close to the KM for free GOx. Theoretical modelling of the rGO/CNT-based EBFC system via finite element analysis was conducted to predict the cell performance and efficiency. The experimental results from the developed rGO/CNT-based EBFC showed a maximum power density of 196.04 µW cm-2 at 0.61 V, which is approximately twice the maximum power density obtained from the rGO-based EBFC. The experimental power density is noted to be 71.1% of the theoretical value.
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