流汗就能發電！日本「汗水電池」重大突破 成本價可降至台幣2元

天氣炎熱，動不動就汗流浹背，但如今，惱人的汗水也有大用處。日本東京理科大學研究團隊開發一種「水性酵素墨水」，能以量產方式製造出生物燃料電池，將汗液轉換成電力。未來，穿戴式裝置附上這種電池，就能靠「流汗」而有源源不絕的電力。

汗水中的乳酸，源源不絕的電池燃料

現代人追求健康，穿戴式檢測與裝置成為趨勢，但這些又輕又小的設備只能裝上微型電池，電力用完就無法運作。如何讓電池既輕巧，還能源源不絕？用汗水發電的「酵素生物燃料電池」（Enzymatic biofuel cell, EBFC）或許是解答。

酵素生物燃料電池可利用酵素作為催化劑，將人體的汗液、尿液、唾液等體液轉換成電力。其中，汗液的應用最受期待。

東京理科大學先進化學科副教授四反田功研究團隊今年2月發表研究成果，他們以特殊的墨水配方，克服傳統酵素生物燃料電池製造時程序複雜、品質不穩的問題，可望讓電池進入量產的新紀元，成本大幅下降。

四反田功表示，這項技術最大的特色在於「人本身就是燃料」，不用擔心電力用完。用在健康管理上，一面運動，一面流汗，還能隨時監測運動狀態。

運作原理

人體的汗液含有多種化學化合物，例如電解質、乳酸等。酵素生物燃料電池就是將乳酸轉化成電力。

汗液接觸到電池時，與電池內的酵素產生化學反應。乳酸在電池的陽極氧化，釋放電子；電子再沿著外部電路移動，產生電流，最後在陰極跟空氣中的氧氣反應，完成電化學循環。

酵素生物燃料電池並非新發明，但傳統製程須先印刷碳電極層，再滴覆酵素與電子媒介溶液，待乾燥後再塗下一層。製程繁瑣，且酵素容易分布不均，很難量產，品質也不穩定。

為克服這項問題，四反田功的研究團隊把酵素、碳材料、電子媒介物、水性黏結劑整合成可印刷的墨水。配方裡有大量微孔、表面積極大的中孔碳（mesoporous carbon）、協助電子傳遞的電子媒介物，與水基黏結劑POLYSOL。這些物質分布於水基溶液中，透過網版印刷，就能將酵素墨水印在輕量紙質基底，而且僅需要一道製程。

事實上，過去也有人試驗過酵素墨水，但找不到適合工業網版印刷、並且能應用在電池陰極的配方。如今，日本研究團隊突破了這兩大瓶頸。新的印刷方式能讓陽極和陰極同時印在紙質基底上，而且酵素分布均勻，品質一致，十分適合大量生產。

銅板價就能擁有

根據實驗成果，新製程產出的酵素生物燃料電池開路電壓（OCV）可達到0.63伏特，最大功率密度為每平方公分165微瓦（μW/cm²），比同級產品更好。

雖然與傳統電池相比，汗液電池的電量很低，但已足夠供電給低功耗的穿戴式生物感測器。不僅如此，還能支援低功耗藍牙（BLE），讓檢測數據能無線傳送到接收端。

研究團隊嘗試在長達400公尺的基底上進行連續印刷，驗證量產可行。團隊評估，流程簡化加上品質穩定，單一裝置的成本可望降至10日圓（約新台幣2元），有助日後擴大應用。

四反田功長期研究汗水酵素電池，他2024年接受《m-hub》訪問時表示，酵素生物燃料電池應用範圍很廣，可搭配離子濃度感測器，提早偵測熱中暑的前兆，為勞工、高溫作業人員等族群做好健康管理；也可以用在智慧駕駛、兒童安全監測等。未來也可用於農業與畜牧業，更快掌握牲畜健康、土壤的狀況。