Исследователи из Департамента электротехники и вычислительной техники в Государственном университете Нью-Йорка в Бингемтоне, США, разработали одноразовую бумажную ячейку, которая объединяет бактерии в бумагу и производит электричество через бактерии.
Источник: Seokheun Choi
Помощник профессора команды Seokheun Choi сказал, что электроника на бумажной основе обладает уникальными преимуществами: они гибкие, устойчивые, экологически чистые, недорогие и обладают хорошими механическими, диэлектрическими и флюидными свойствами.
Микроэлектроника и батареи питают широкий спектр устройств, таких как проглатываемые медицинские устройства, интеллектуальные датчики движения и т. Д. Быстрое развитие микроэлектроники и батарей стимулирует инновации в разработке электронных устройств. Сосредоточьтесь на своей охране окружающей среды.
По оценкам, в ближайшие пять лет будет добавлено более 50 миллиардов электронных устройств. Быстрое развитие также приведет к определенным проблемам, таким как короткий срок службы оборудования, что приведет к удалению большого количества отходов электронного оборудования.
Сообщалось, что литий-ионные батареи и суперконденсаторы имеют преимущества в качестве привода, высокую плотность энергии, легкий вес и могут быть интегрированы на гибкую подложку. Однако литий-ионные батареи изготовлены из небиодеградируемых токсичных материалов и энергопотребления в процессе подготовки Высокое, это может нанести ущерб окружающей среде. Некоторые альтернативные технологии сбора энергии, такие как солнечные элементы, наногенераторы и термоэлектрические генераторы, также используют большое количество невозобновляемых, трудноразлагаемых тяжелых металлов и полимеров.
С этой точки зрения бумажная батарея, разработанная командой Choi, имеет очевидные преимущества. После того, как аккумуляторная батарея будет утилизирована, бактерии будут «глотать» и деградировать.
Кроме того, Чой сказал: «Преимущество использования бумаги в качестве подложки устройства заключается в том, что ее можно складывать / складывать по желанию, чтобы ее можно было подключать последовательно или параллельно».
Работа команды Чой была поддержана Национальным научным фондом (300 000 долл. США). Еще в 2015 году они использовали самодостаточный кислородный электрод для распыления никеля на бумагу, создавая складку, которую можно было свернуть на четыре квадрата. Батарея (размер спичечного короба). Общая стоимость батареи составляет всего 5 центов. Они признают, что аккумуляторная батарея обеспечивает небольшое количество электроэнергии, но ее можно комбинировать с бактериями. Отличная идея - сделать батареи с этими вездесущими ресурсами. ,
Недавно на 256-м ежегодном собрании Американского химического общества (19 августа) Чой сообщил, как активируются био-батареи и как улучшается их срок хранения.
Принцип бактериальной батареи заключается в том, чтобы превратить биохимическую энергию, хранящуюся в органическом веществе, в биоэнергию через бактериальное дыхание. Этот процесс трансформации включает в себя ряд реакций, которые происходят в биомолекулах (электронные носители).
Бутылка с бактериями, разработанная командой Чой, представляет собой лиофилизированную «электрически продуцированную бактерию», помещенную на бумагу. Электрогенные бактерии могут переносить электроны из клетки и вступать в контакт с внешними электродами для обеспечения электричества. Чтобы активировать батарею, они добавляют Вода или слюна.
Бумажные батареи имеют максимальную мощность 4 мкВт / см2 и плотность тока 26 мкА / см2. Чой говорит, что этот результат намного выше, чем предыдущие микробные батареи на бумажной основе. Однако даже при этом динамические характеристики очень низкие, Приложения. Для коммерческих применений плотность мощности / тока должна быть увеличена не менее чем в 1000 раз.
На самом деле, команда Чой не является единственной исследовательской группой, которая делает бумажные батареи. В 2017 году исследователи из Испании, Канады и США сообщили о неметаллической, биоразлагаемой батарее окислительно-восстановительного потока для портативных приложений. Одноразовые сценарии применения После 100 минут работы эти батареи были захоронены в почве и обработаны микробной деструкцией, аналогичной компостированию на заднем дворе. Чой сказал, что потенциальный недостаток этого типа батареи заключается в том, что биоразлагаемость требует благоприятных условий обработки свалок.
Бумажные клетки команды Choi деградируют бактериальным фагоцитозом без полигона, и Чой говорит, что их новейшие бумажно-полимерные композиционные био-батареи легко деградируют в воде.
Чой говорит, что с бумажными клетками с бактериями энергия может быть доставлена в разные места, даже там, где нет сетки, для питания светодиодов и калькуляторов.
Кроме того, для контроля диаметра волокон в бумаге можно использовать инновационные технические методы, устранять шероховатость и прозрачность управления, тем самым расширяя область применения. Объединение бумаги с органическими, неорганическими и биологическими объектами расширяет спектр технических возможностей и Ожидается, что бумага станет «приемлемой платформой» для разработки электронных продуктов следующего поколения.
В настоящее время срок хранения бумажных батарей составляет 4 месяца. Команда Choi прилагает все усилия, чтобы улучшить выживание и производительность высушенных вымораживанием бактерий, чтобы продлить их жизнь. Они также обратились за соответствующими патентами и ищут партнеров в отрасли для продвижения коммерциализации.