I ricercatori del dipartimento di elettronica e ingegneria informatica presso Binghamton State University negli Stati Uniti hanno sviluppato una batteria di carta monouso che integra i batteri in carta e genera energia elettrica attraverso i batteri.
Figura ∣ fonte: Seokheun Choi
Seokheun Choi, un professore di aiuto alla squadra, dice che l'elettronica carta-basata ha un vantaggio unico, che è flessibile, sostenibile, rispettoso dell'ambiente, economico ed ha buone proprietà meccaniche, dielettriche e fluide. Micro-elettronica e le batterie possono fornire energia per una vasta gamma di dispositivi, come l'assunzione di dispositivi medici, sensori di trasporto intelligenti e così via.
Il rapido sviluppo di prodotti micro-elettronici e batterie ha portato all'innovazione nella progettazione di apparecchiature elettroniche e più attenzione alla sua protezione ambientale. Si stima che più di 50 miliardi di apparecchiature elettroniche saranno aggiunti nei prossimi 5 anni.
Il rapido sviluppo dello stesso tempo porterà alcuni problemi, per esempio, a causa della vita breve attrezzature, con conseguente un gran numero di end-of-Life apparecchiature elettroniche di elaborazione problemi. È stato riferito che batterie agli ioni di litio e supercondensatori hanno i vantaggi di alta densità di energia, leggero e può essere integrato su substrati flessibili. Tuttavia, le batterie agli ioni di litio sono costituite da materiali tossici biodegradabili e un elevato consumo di energia nel processo di preparazione può causare danni all'ambiente.
Tecnologie alternative di raccolta di energia, come celle solari, nano-generatori e generatori termoelettrici, utilizzano anche un gran numero di metalli pesanti non rinnovabili, refrattari e polimeri.
Di conseguenza, il team Choi ha sviluppato una batteria di carta ha un chiaro vantaggio, nel rottame della batteria di carta, i batteri saranno ' inghiottito ', per ottenere il degrado. Inoltre, Choi ha detto,' il vantaggio di utilizzare la carta come un substrato dispositivo è che può essere accatastati/piegati a volontà, in modo che possa essere collegato in tandem o in parallelo.
' Il lavoro del team Choi è stato sostenuto dalla National Science Foundation (USD 300.000). Già nel 2015, hanno usato elettrodi di ossigeno dalla loro respirazione per spruzzare nichel su carta e di sviluppare una batteria che si ripiega in blocchi quadrati (la dimensione di una scatola di fiammiferi). Il costo totale della batteria è di soli 5 centesimi.
Essi riconoscono che le batterie di carta forniscono una piccola quantità di energia elettrica, ma è una grande idea di essere in grado di combinare con i batteri per fare le batterie utilizzando queste risorse onnipresente.
Recentemente, alla riunione annuale n. 256 del Congresso chimico americano (19 agosto), Choi ha riferito come le batterie biologiche sono state attivate e come la loro vita della mensola ha migliorato. Il principio delle cellule batteriche è che l'energia biochimica immagazzinata nella materia organica attraverso la respirazione dei batteri può essere trasformata in energia biologica.
Il processo di conversione comporta una serie di reazioni che si verificano in molecole biologiche (vettori elettronici). Una batteria di carta batterico-guidata, sviluppata dal team Choi, è stato messo su carta con una liofilizzata ' produzione di batteri elettrici '. La produzione di batteri elettrici può trasferire elettroni al di fuori della cellula e contattare gli elettrodi esterni per fornire energia.
Per attivare la batteria, aggiungono acqua o saliva. La potenza massima della batteria di carta può raggiungere 4 µ w/cm2, la densità di corrente può raggiungere 26 µ a/cm2. Choi ha detto che i risultati erano molto più alti delle batterie microbiche basate sulla carta. Tuttavia, anche così, le prestazioni dinamiche è ancora molto bassa, limitando la sua applicazione.
Per ottenere applicazioni commerciali, la densità di potenza/corrente deve essere aumentata di almeno 1000 volte. In realtà, il team Choi non è l'unico team di ricerca che produce batterie basate su carta. Nel 2017, ricercatori provenienti da Spagna, Canada e Stati Uniti ha riferito una non metallo, biodegradabile flusso di batteria redox per un portatile, uno scenario di uso. Le batterie, che funzionano per 100 minuti, sono sepolte nel terreno e sono trattate con degradazione microbica, simile al compostaggio del cortile.
Il potenziale svantaggio della batteria, dice Choi, è che la biodegradabilità richiede condizioni favorevoli al trattamento delle discariche.
Le batterie di carta del team Choi sono state degradate dalla fagocitosi batterica senza discarica, e Choi ha detto che le loro nuove bio-cellule in polimero di carta sono state facilmente degradate nell'acqua.
Utilizzando batterie di carta batteri-driven, Choi dice, in grado di fornire energia in vari luoghi, anche dove non vi è alcuna griglia, al potere emettitori di luce diodi e calcolatrici. Inoltre, tecniche ingegneristiche innovative possono essere utilizzate per controllare il diametro delle fibre nella carta, eliminare la rugosità, e controllare la trasparenza, ampliando così la zona di applicazione.
La combinazione di carta con entità organiche, inorganiche e biologiche allarga la portata delle possibilità ingegneristiche e rende la carta una ' piattaforma valida ' per la prossima generazione di prodotti elettronici. Attualmente, la durata di conservazione delle pile di carta è di 4 mesi. Il team Choi sta cercando di migliorare la sopravvivenza e le prestazioni dei batteri liofilizzati per prolungare la vita.
Essi hanno anche chiesto per i brevetti e sono alla ricerca di partner del settore per promuovere la commercializzazione. Carta da ufficio grande corpo del cambiamento! può essere usato per fare protezione dell'ambiente ambientale-guidata | ' Batteria di carta '