Vereinigte Staaten Binghamton Elektrotechnik und Informationstechnik haben an der State University of New York Forscher eine Einweg-Papier Batterie entwickelt, die in das Papier integriert Bakterien, Strom durch Bakterien erzeugen.
Abbildung | Quelle: Seokheun Choi
Wissenschaftlicher Mitarbeiter des Teams Seokheun Choi sagte das papierbasierten elektronische Produkt hat einen einzigartigen Vorteil, es ist flexibel, nachhaltig, umweltfreundlich, kostengünstig und hat gute mechanische, dielektrische und Fluideigenschaften.
Mikro-Elektronik sowie für Batterien eine Vielzahl von Geräten mit Strom zu versorgen, wie einnehmbare medizinische Geräte, intelligente Verkehrssensoren usw. Mikro-Elektronik und der raschen Entwicklung der Batterie, Antrieb Innovation auf der Gestaltung von elektronischen Geräten und vieles mehr Konzentriere dich auf seinen Umweltschutz.
Es wird geschätzt, dass in den nächsten fünf Jahren mehr als 50 Milliarden elektronische Geräte hinzukommen werden.Die schnelle Entwicklung wird auch bestimmte Probleme mit sich bringen, wie beispielsweise die kurze Verarbeitungslebensdauer von Geräten, die zur Entsorgung einer großen Anzahl von elektronischen Abfallgeräten führen.
Es wurde berichtet, dass Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren Vorteile als Antrieb, hohe Energiedichte, geringes Gewicht haben und auf einem flexiblen Substrat integriert werden können.Lithium-Ionen-Batterien bestehen jedoch aus biologisch nicht abbaubaren toxischen Materialien und Energieverbrauch im Herstellungsprozess Hoch, wird es Schaden an der Umwelt verursachen.Einige alternative Energy-Harvesting-Technologien, wie Solarzellen, Nanogeneratoren und thermoelektrische Generatoren, verwenden auch eine große Anzahl von nicht erneuerbaren, schwer abbaubaren Schwermetallen und Polymeren.
Unter diesem Gesichtspunkt hat die vom Choi-Team entwickelte Papierbatterie offensichtliche Vorteile: Nachdem die Papierbatterie verschrottet wurde, werden die Bakterien "verschluckt" und abgebaut.
Außerdem sagte Choi: "Der Vorteil der Verwendung von Papier als Gerätesubstrat besteht darin, dass es nach Belieben gestapelt / gefaltet werden kann, so dass es in Reihe oder parallel verbunden werden kann."
Choi-Team Arbeit wurde von der National Science Foundation ($ 300.000) unterstützt. Bereits im Jahr 2015, da sie Sauerstoffelektrode verwenden Atmung, Nickel-Spray auf Papier entwickelte sich ein Feld in vier gefaltet werden kann, Batterie (Streichholzschachtel). die Gesamtkosten der Batterie ist nur 5 Cent. sie die Macht der Papier Batterie bietet eine sehr geringe Menge erkennt, kann aber mit Bakterien kombiniert wird, allgegenwärtige Nutzung dieser Ressourcen eine Batterie zu erzeugen, ist eine großartige Idee .
Vor kurzem auf der 256. Jahrestagung der American Chemical Society (19. August), berichtete Choi, wie biologische Zellen aktiviert werden und wie ihre Haltbarkeit zu verbessern.
Das Prinzip einer Bakterienbatterie besteht darin, biochemische Energie, die in organischem Material gespeichert ist, durch bakterielle Atmung in Bioenergie umzuwandeln.Dieser Umwandlungsprozess beinhaltet eine Reihe von Reaktionen, die in Biomolekülen (elektronischen Trägern) auftreten.
Die vom Choi-Team entwickelte bakteriengetriebene Papierzelle ist ein lyophilisiertes "elektrisch produziertes Bakterium" auf Papier. Die elektrogenen Bakterien können Elektronen aus der Zelle transportieren und mit externen Elektroden in Kontakt kommen, um Elektrizität zu erzeugen. Um die Batterie zu aktivieren, fügen sie hinzu Wasser oder Speichel.
Papierbatterien haben eine maximale Leistung von 4 μW / cm2 und eine Stromdichte von 26 μA / cm2. Choi sagt, dieses Ergebnis ist viel höher als vorherige Papier-basierte Mikrobatterien, jedoch ist die dynamische Leistung sehr niedrig und begrenzt seine Anwendungen: Für kommerzielle Anwendungen muss die Leistungs- / Stromdichte mindestens 1000 Mal erhöht werden.
Tatsächlich stellt das Choi-Team nicht das einzige Forschungsteam für Papierbatterien dar. Forscher aus Spanien, Kanada und den Vereinigten Staaten meldeten 2017 eine nichtmetallische, biologisch abbaubare Redox-Flow-Batterie für tragbare Anwendungen. Einmalige Anwendungsszenarien: Nach einer Laufzeit von 100 Minuten werden diese Batterien im Boden vergraben und ähnlich wie bei der Kompostierung im Garten mit mikrobiologischem Abbau behandelt, wobei der potentielle Nachteil dieses Batterietyps darin besteht, dass die biologische Abbaubarkeit günstige Bedingungen für die Deponiebehandlung erfordert.
Die Papierzellen des Choi-Teams werden durch bakterielle Phagozytose ohne Deponierung abgebaut, und Choi sagt, dass ihre neuesten Papier-Polymer-Verbundstoff-Bio-Batterien in Wasser leicht abgebaut werden.
Choi sagt, dass mit bakteriengetriebenen Papierzellen Energie an verschiedene Orte abgegeben werden kann, auch wenn kein Netz vorhanden ist, um LEDs und Rechner zu versorgen.
Darüber hinaus können innovative Techniken eingesetzt werden, um den Durchmesser der Fasern im Papier zu kontrollieren, Rauhigkeit zu eliminieren und die Transparenz zu kontrollieren, wodurch das Anwendungsgebiet erweitert wird.Eine Kombination von Papier mit organischen, anorganischen und biologischen Elementen erweitert die Palette der technischen Möglichkeiten und Es wird erwartet, dass Papier zu einer "machbaren Plattform" für die Entwicklung elektronischer Produkte der nächsten Generation wird.
Gegenwärtig beträgt die Lagerfähigkeit von Papierbatterien 4 Monate.Das Choi-Team arbeitet hart daran, das Überleben und die Leistung von gefriergetrockneten Bakterien zu verbessern, um ihre Lebensdauer zu verlängern.Sie haben auch verwandte Patente beantragt und suchen Industriepartner, um die Kommerzialisierung zu fördern.