Pesquisadores do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Nova York, em Binghamton, nos Estados Unidos, desenvolveram uma célula de papel descartável que integra bactérias no papel e produz eletricidade através de bactérias.
Figura ∣ Fonte: Seokheun Choi
O professor assistente da equipe Seokheun Choi disse que os eletrônicos baseados em papel têm vantagens exclusivas, são flexíveis, sustentáveis, ecologicamente corretos, baratos e têm boas propriedades mecânicas, dielétricas e fluidas.
Microeletrônica e baterias alimentam uma ampla gama de dispositivos, como dispositivos médicos ingeríveis, sensores de tráfego inteligentes, etc. O rápido desenvolvimento da microeletrônica e das baterias está impulsionando a inovação no projeto de dispositivos eletrônicos. Concentre-se em sua proteção ambiental.
Estima-se que ao longo dos próximos cinco anos são susceptíveis de aumentar mais de 500 milhões de dispositivos eletrônicos, enquanto o rápido desenvolvimento também irá trazer alguns problemas, como a esperança de vida mais curta devido ao equipamento, resultando em um grande número de problemas de manuseio de sucata de equipamentos eletrônicos.
Tem sido relatado que uma bateria de iões de lítio e um condensador de super tem uma vantagem, como uma unidade, uma alta densidade de energia, peso leve, e pode ser integrada num substrato flexível. No entanto, um lítio ião degradação da bateria por material biológico não tóxico, processo de preparação e de energia elevada, causando graves danos ambientais, enquanto algumas tecnologias de captação de energia alternativas, tais como células solares, gerador termoeléctrico, e os geradores nanómetros, também usando uma grande quantidade de não renováveis, metais pesados refractários e polímeros.
Deste ponto de vista, a bateria de papel desenvolvida pela equipe Choi tem vantagens óbvias: depois que a bateria de papel é descartada, a bactéria “engole” e se degrada.
Além disso, Choi disse: "A vantagem de usar papel como substrato de dispositivo é que ele pode ser empilhado / dobrado à vontade, de modo que possa ser conectado em série ou em paralelo".
O trabalho de equipa Choi foi apoiado pela National Science Foundation ($ 300.000). Já em 2015, uma vez que usar a respiração eletrodo de oxigênio, spray de níquel no papel, desenvolveu uma caixa pode ser dobrada em quatro bateria (caixa de fósforos). o custo total da bateria é de apenas cinco centavos. eles reconhecem o poder de bateria de papel fornece quantidade muito pequena, mas pode ser combinado com bactérias, uso ubíquo desses recursos para produzir uma bateria é uma grande ideia .
Recentemente, na Reunião Anual 256 da American Chemical Society (19 de agosto), Choi relatou como células biológicas são ativados, e como melhorar a sua vida de prateleira.
O princípio de uma bateria bacteriana é converter energia bioquímica armazenada em matéria orgânica em bioenergia através da respiração bacteriana, processo de transformação que envolve uma série de reações que ocorrem em biomoléculas (portadores eletrônicos).
A célula de papel gerada por bactérias desenvolvida pela equipe Choi é uma "bactéria eletricamente produzida" liofilizada colocada em papel. As bactérias eletrogênicas podem transferir elétrons para fora da célula e entrar em contato com eletrodos externos para fornecer eletricidade. Para ativar a bateria, eles adicionam Água ou saliva.
As baterias de papel têm uma potência máxima de 4 μW / cm2 e uma densidade de corrente de 26 μA / cm2. Choi afirma que este resultado é muito mais alto do que as baterias microbianas pré-fabricadas, mas o desempenho dinâmico é muito baixo, limitando Aplicações Para aplicações comerciais, a densidade de potência / corrente deve ser aumentada em pelo menos 1000 vezes.
Na verdade, a equipe Choi não é a única equipe de pesquisa que fabrica baterias baseadas em papel.Em 2017, pesquisadores na Espanha, Canadá e Estados Unidos relataram uma bateria de fluxo redox não metálica e biodegradável para aplicações portáteis. Cenários de aplicação única Depois de correr por 100 minutos, essas baterias são enterradas no solo e tratadas com degradação microbiana, semelhante à compostagem de quintal, e Choi disse que a desvantagem potencial desse tipo de bateria é que a biodegradabilidade requer condições favoráveis de tratamento de aterros sanitários.
As células de papel da equipe Choi são degradadas por fagocitose bacteriana sem aterro, e Choi diz que suas bio-baterias compostas de polímero de papel são facilmente degradadas na água.
Choi referida bateria papel accionado por meio de bactérias, a energia pode ser entregue a vários locais, mesmo quando não há nenhuma rede de energia para alimentar o díodo emissor de luz e uma calculadora.
Além disso, técnicas de engenharia inovadores podem ser usadas para controlar o diâmetro das fibras no papel, eliminando rugosidade, o controle da transparência, assim alargar as áreas de aplicação. O papel e entidade orgânica, inorgânica e biológica em conjunto, a possibilidade de alargar o âmbito do projecto, igualmente papel deve se tornar a próxima geração de 'plataforma viável' produtos eletrônicos.
Actualmente, a bateria de papel prazo de validade de quatro meses. Equipa Choi nos esforços para melhorar o desempenho de bactérias liofilizadas para sobreviver e para estender a vida. Eles também solicitaram patentes, e que procuram parceiros da indústria para promover a comercialização.