Des chercheurs du département d'électronique et de génie informatique de l'Université d'état de Binghamton aux États-Unis ont mis au point une batterie de papier jetable qui intègre les bactéries dans le papier et génère de l'électricité par des bactéries.
Figure ∣ source: Seokheun Choi
Seokheun Choi, professeur adjoint à l'équipe, affirme que les appareils électroniques à base de papier ont un avantage unique, flexible, durable, respectueux de l'environnement, peu coûteux, et possède de bonnes propriétés mécaniques, diélectriques et fluides. La micro-électronique et les batteries peuvent fournir la puissance pour une grande variété d'appareils, tels que l'admission des dispositifs médicaux, les sondes intelligentes de transport et ainsi de suite.
Le développement rapide des produits micro-électroniques et des batteries a conduit à l'innovation dans la conception de l'équipement électronique et plus d'attention à sa protection de l'environnement. On estime que plus de 50 milliards d'équipements électroniques seront ajoutés au cours des cinq prochaines années.
Le développement rapide de la même époque apportera certains problèmes, par exemple, en raison de la durée de vie de l'équipement court, entraînant un grand nombre de fin de vie des problèmes de traitement des équipements électroniques. Il est rapporté que les batteries au lithium-ion et les supercondensateurs ont les avantages de la haute densité d'énergie, léger et peuvent être intégrés sur des substrats flexibles. Cependant, les batteries au lithium-ion sont fabriquées à partir de matières toxiques biodégradables, et la consommation d'énergie élevée dans le processus de préparation peut endommager l'environnement.
Les technologies alternatives de collecte d'énergie, telles que les cellules solaires, les nano-générateurs et les générateurs thermoélectriques, utilisent également un grand nombre de métaux lourds et de polymères non renouvelables et réfractaires.
En conséquence, l'équipe de Choi a développé une batterie de papier a un avantage évident, dans le rebut de batterie de papier, les bactéries seront «avalées», pour réaliser la dégradation. En outre, Choi a dit: «l'avantage d'utiliser le papier comme substrat de dispositif est qu'il peut être empilé/plié à volonté, de sorte qu'il puisse être relié en tandem ou en parallèle.
' Le travail de l'équipe Choi a été soutenu par la National Science Foundation (USD 300 000). Dès 2015, ils ont utilisé des électrodes d'oxygène de leur propre respiration pour pulvériser du nickel sur du papier et pour développer une batterie qui se plie en blocs carrés (la taille d'une boîte de match). Le coût total de la batterie n'est que de 5 cents.
Ils reconnaissent que les piles en papier fournissent une petite quantité d'électricité, mais c'est une excellente idée d'être en mesure de combiner avec des bactéries pour faire des batteries en utilisant ces ressources omniprésentes.
Récemment, lors de la réunion annuelle n ° 256 du Congrès américain de chimie (19 août), Choi a rapporté comment les batteries biologiques ont été activées et comment leur durée de vie améliorée. Le principe des cellules bactériennes est que l'énergie biochimique stockée dans la matière organique par la respiration des bactéries peut être transformée en énergie biologique.
Le processus de conversion implique une série de réactions qui se produisent dans les molécules biologiques (transporteurs électroniques). Une batterie de papier pilotée par des bactéries, développée par l'équipe Choi, a été placée sur papier avec une «production de bactéries électriques lyophilisées». La production de bactéries électriques peut transférer des électrons à l'extérieur de la cellule et de contacter les électrodes externes pour fournir de la puissance.
Pour activer la batterie, ils ajoutent de l'eau ou de la salive. La puissance maximum de la batterie de papier peut atteindre 4 µ w/cm2, la densité de courant peut atteindre 26 µ a/cm2. Choi a dit que les résultats étaient beaucoup plus élevés que les piles microbiennes à base de papier. Cependant, même si, la performance dynamique est encore très faible, limitant son application.
Afin de réaliser des applications commerciales, la densité de puissance/courant doit être augmentée d'au moins 1000 fois. En fait, l'équipe Choi n'est pas la seule équipe de recherche qui fabrique des batteries à base de papier. Dans le 2017, des chercheurs d'Espagne, du Canada et des États-Unis ont signalé une batterie de débit redox biodégradable non métallique pour un scénario portatif à usage unique. Les batteries, qui fonctionnent pendant 100 minutes, sont enterrées dans le sol et traitées avec la dégradation microbienne, semblable au compostage d'arrière-cour.
Le désavantage potentiel de la batterie, dit Choi, est que la biodégradabilité exige des conditions favorables de traitement des décharges.
Les batteries en papier de l'équipe Choi ont été dégradées par des phagocytose bactériens sans enfouissement, et Choi a dit que leurs nouvelles bio-cellules composites papier-polymère étaient facilement dégradées dans l'eau.
En utilisant des piles de papier à bactéries, Choi dit, peut livrer de l'énergie à divers endroits, même là où il n'y a pas de grille, pour alimenter les diodes électroluminescentes et les calculatrices. En outre, des techniques d'ingénierie innovantes peuvent être utilisées pour contrôler le diamètre des fibres dans le papier, éliminer la rugosité, et contrôler la transparence, élargissant ainsi la zone d'application.
La combinaison de papier avec des entités organiques, inorganiques et biologiques élargit la portée des possibilités d'ingénierie et fait du papier une «plate-forme viable» pour la prochaine génération de produits électroniques. À l'heure actuelle, la durée de conservation des piles en papier est de 4 mois. L'équipe Choi tente d'améliorer la survie et la performance des bactéries lyophilisées pour prolonger la vie.
Ils ont également demandé des brevets et sont à la recherche de partenaires de l'industrie pour promouvoir la commercialisation. Grand corps de changement de papier de bureau! peut être utilisé pour assurer une protection environnementale axée sur l'environnement | 'Batterie de papier'