Исследователи считают, что их изобретение может снизить негативное воздействие одноразовой маломощной электроники на окружающую среду.
Батарея активируется водой и может быть использована в широком спектре одноразовых электронных устройств.
В исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, описана активируемая водой одноразовая бумажная батарейка. По мнению ученых, она может быть использована для питания широкого спектра одноразовых электронных устройств с низким энергопотреблением, таких как «умные» этикетки для отслеживания товаров, экологические датчики и медицинские диагностические приборы, что позволит минимизировать их воздействие на окружающую среду.
Батарея, разработанная Густавом Нюстрёмом и его коллегами, состоит как минимум из одного элемента площадью один сантиметр и состоит из трех красок, нанесенных на прямоугольный лист бумаги. Бумажная полоска покрыта солью хлорида натрия, а один из ее коротких концов погружен в воск.
На одну из плоских сторон бумаги нанесены чернила, содержащие хлопья графита, которые служат положительным полюсом батареи (катодом). На другую сторону нанесены чернила, содержащие порошок цинка, которые служат отрицательным полюсом батареи (анодом).
Кроме того, поверх двух других красок на обе стороны бумаги наносится краска, содержащая хлопья графита и сажу. Эти чернила соединяют положительный и отрицательный концы батареи с двумя проводами, расположенными на погруженном в воск конце бумаги.
Соли, содержащиеся в бумаге, растворяются при добавлении небольшого количества воды, выделяя заряженные ионы. Эти ионы распространяются по бумаге и активируют батарею, в результате чего цинк, содержащийся в чернилах на отрицательном конце батареи, высвобождает электроны.
Присоединение проводов к электрическому устройству замыкает цепь, и электроны переходят с отрицательного конца — через графит и сажу, содержащие чернила, провода и устройство — на положительный конец (графитсодержащие чернила), где они переходят в кислород окружающего воздуха. В результате этих реакций генерируется электрический ток, который может использоваться для питания устройства.
Чтобы продемонстрировать способность батареи работать с маломощной электроникой, авторы объединили два элемента в одну батарею и использовали ее для питания будильника с жидкокристаллическим дисплеем. Анализ работы одноэлементной батареи показал, что после добавления двух капель воды батарея активируется в течение 20 секунд и, если не подключать ее к энергопотребляющему устройству, достигает стабильного напряжения 1,2 вольта.
Напряжение стандартной щелочной батарейки типа АА составляет 1,5 вольта. Через час работы одноэлементной батарейки из-за высыхания бумаги ее характеристики значительно снизились. Однако после добавления еще двух капель воды она сохраняла стабильное рабочее напряжение 0,5 вольта еще более одного часа.
Авторы предполагают, что биоразлагаемость бумаги и цинка может позволить их батарее минимизировать воздействие одноразовой маломощной электроники на окружающую среду. По их мнению, экологичность батареи может быть повышена за счет минимизации количества цинка, используемого в чернилах, что также позволит точно контролировать количество вырабатываемой батареей электроэнергии.
Ссылка: «Активируемая водой одноразовая бумажная батарея» Александр Пулен, Ксавье Эби и Густав Нюстрём, 28 июля 2022 г., Scientific Reports . DOI: 10.1038/s41598-022-15900-5
