قام باحثون في قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة ولاية نيويورك في بينغهامتون ، الولايات المتحدة ، بتطوير خلية ورقية يمكن التخلص منها وتدمج البكتيريا في الورق وتنتج الكهرباء من خلال البكتيريا.
الرقم ∣ المصدر: Seokheun تشوي
وقال الأستاذ المساعد في الفريق سيوكهون تشوي إن الإلكترونيات الورقية تتمتع بميزات فريدة ، فهي مرنة ومستدامة وصديقة للبيئة وغير مكلفة وذات خصائص ميكانيكية وعازلة وموائع جيدة.
تقوم الإلكترونيات والبطاريات الدقيقة بتشغيل مجموعة كبيرة من الأجهزة ، مثل الأجهزة الطبية القابلة للامتصاص ، وأجهزة استشعار الحركة الذكية ، إلخ. إن التطور السريع للالكترونيات الدقيقة والبطاريات يقود الابتكار في تصميم الأجهزة الإلكترونية. التركيز على حماية البيئة.
وتشير التقديرات إلى أنه على مدى السنوات الخمس المقبلة ومن المرجح أن تزداد أكثر من 500 مليون من الأجهزة الإلكترونية، في حين أن التطور السريع سيجلب أيضا بعض المشاكل، مثل أقصر العمر المتوقع بسبب المعدات، مما أسفر عن عدد كبير من المشاكل معالجة خردة المعدات الالكترونية.
وقد أفيد أن بطارية ليثيوم أيون ومكثف سوبر لديه ميزة كمحرك أقراص، وارتفاع كثافة الطاقة، وخفيفة الوزن، ويمكن دمجها على ركيزة مرنة. ومع ذلك، فإن يثيوم أيون تدهور البطارية عن طريق المواد البيولوجية غير سامة، وعملية الإعداد والطاقة عالية، مما تسبب في أضرار بيئية خطيرة، في حين أن بعض تقنيات حصاد الطاقة البديلة، مثل الخلايا الشمسية، مولد الحرارية، ونانومتر مولد، أيضا باستخدام كمية كبيرة من غير المتجددة، والمعادن الثقيلة والبوليمرات الحرارية.
من وجهة النظر هذه ، تتميز البطارية الورقية التي طورها فريق تشوي بمزايا واضحة ، فبعد التخلص من البطارية الورقية ، سوف "تبتلع" البكتيريا وتتحلل.
بالإضافة إلى ذلك ، قال تشوي ، 'إن ميزة استخدام الورق كركيزة جهاز هي أنه يمكن تكديسها / طيها حسب الرغبة ، بحيث يمكن توصيلها في سلسلة أو في وقت واحد'.
تم دعم عمل فريق تشوي من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (300،000 دولار) ، وفي عام 2015 ، استخدموا قطبًا لاستخراج الأكسجين ذاتي التنفس لرش النيكل على الورق ، مما أدى إلى طيات يمكن طيها إلى أربعة مربعات. البطارية (حجم علبة الثقاب) ، وتبلغ التكلفة الإجمالية للبطارية 5 سنتات فقط ، وهم يعترفون بأن البطارية الورقية توفر كمية صغيرة من الكهرباء ، ولكن يمكن دمجها مع البكتيريا ، وهي فكرة عظيمة لجعل البطاريات بهذه الموارد في كل مكان. .
في الآونة الأخيرة ، في الاجتماع السنوي رقم 256 للجمعية الأمريكية للكيمياء (19 أغسطس) ، أفاد تشوي عن كيفية تنشيط البطاريات الحيوية وكيفية تحسين فترة صلاحيتها.
المبدأ البكتيريا خلية التنفس عن طريق البكتيريا الموجودة في المادة العضوية المخزنة الطاقة الحيوية تحويلها إلى الكتلة الحيوية. وتشمل هذه العملية تحويل سلسلة من التفاعلات التي تحدث في جزيء البيولوجي (الناقل الإلكترون).
طور فريق تشوي البكتيرية ورقة يقود خلية، يتم وضع ورقة مجفف بالتجميد [أبوس البكتيريا البكتيريا المنتجة exoelectrogenic "يمكن أن يكون خارج الخلية كهربائيا نقل الإلكترون إلى جهة الاتصال مع الأقطاب الخارجية لتوفير الطاقة لتنشيط البطارية، ويضيفون الماء أو اللعاب.
القوة القصوى للبطارية يصل إلى ورقة 4 مللي واط / CM2، والكثافة الحالية تصل إلى 26 أمبير / CM2. يمثل تشوي مجموعة من الخلايا الميكروبية قبل الورق الذي هو أعلى بكثير من النتائج. ومع ذلك، على الرغم من ذلك، فإن الأداء لا يزال الطاقة المنخفضة جدا، تحد لها التطبيقات. ومن أجل تحقيق التطبيق التجاري، وزيادة قوة / الكثافة الحالية بحلول عام 1000 على الأقل أضعاف.
في الواقع، تشوي ليس الفريق الوحيد لإجراء البحوث البطارية الفريق. عام 2017، اسبانيا، كندا، والولايات المتحدة، وقال باحثون من غير المعدنية، البطاريات تدفق الأكسدة القابلة للتحلل للأجهزة الورقية سيناريوهات لمرة واحدة. هذه العملية البطارية لمدة 100 دقيقة مدفونة في التربة، وعملية التحلل الميكروبي مشابهة لساحة سماد. تشوي يمثل العيب المحتمل لهذه الخلايا هو أن الظروف مواتية مكب النفايات القابلة للتحلل المطلوبة.
ورقة تدهور بطارية تشوي الفريق من البكتيريا يلتهم يتحقق دون طمر النفايات، وأعرب تشوي أحدث من الورق - تدهور البيولوجي مركب البوليمر البطارية في الماء بسهولة.
وقال تشوي بطارية رقة مدفوعة باستخدام البكتيريا، قد يتم تسليم الطاقة لأماكن مختلفة، حتى في الحالات التي لا يوجد شبكة الكهرباء لتشغيل ضوء الصمام الثنائي الباعث للوآلة حاسبة.
أيضا، يمكن استخدام تقنيات هندسية مبتكرة للسيطرة على القطر من الألياف في ورقة، والقضاء على خشونة، ومراقبة الشفافية، وبالتالي توسيع مجالات التطبيق، والورق وكيان العضوية وغير العضوية والبيولوجية معا، وإمكانية توسيع نطاق المشروع، وأيضا ومن المتوقع أن يصبح الجيل القادم من "منصة قابلة للحياة" المنتجات الالكترونية ورقة.
في الوقت الحاضر، وبطارية ورقة الصلاحية من أربعة أشهر. فريق تشوي في الجهود الرامية إلى تحسين أداء البكتيريا تجميد المجفف من أجل البقاء وتمديد الحياة، وهي تنطبق أيضا لبراءات الاختراع، والبحث عن شركاء الصناعة لتشجيع تسويق.