Шта је "Папертроницс"? Зашто истраживачи гледају на папир као извор батерије

Изгледа да сваких неколико месеци постоји нови мобилни телефон, лаптоп или таблет који је толико узбудљив да се распореде око блока да би се дочепали. Док је константно увођење нове, нешто напредније електронике учинило бизнисе као што је Аппле огромно успјешним, кратак рок трајања ове електронике је лош за околиш.

Модерна електроника је напуњена плочама на којима су спојени разни метали и пластика. Неки од ових материјала су токсични - или се разлажу у токсичне супстанце. У току су напори да се потакне рециклирање е-отпада, опораба материјала који се могу поново користити и правилно одлагање остатка. Међутим, већина уређаја се додаје растућим гомилама е-отпада на депонијама.

Уместо додавања више смећа овим све већим гомилама, постоји могућност да се створи електроника која је биоразградива. Зато и други истраживачи и ја гледамо у нову област папирне електронике - познате као "папертроника". Они су флексибилни - чак и склопиви - одрживи, пријатељски настројени према околишу и јефтинији.

Али, да би била заиста еколошки, папертроника не може да користи традиционалне батерије, које су направљене од метала и каустичних киселина, за складиштење и пражњење електричне енергије. Недавно, мој колега хемичар Омовунми Садик и ја смо развили папирну батерију која се може рециклирати и биоразградива, као и довољно поуздана да је заиста користи. Кључ је у бактеријама.

Флексибилне био-батерије

Развио сам флексибилне батерије, батерије напуњене слином и још много тога. Схватио сам да када се жели напајати електроником на папиру, има смисла покушати направити батерију без папира. На срећу, папир је добар потенцијални материјал за батерију: флексибилан је, добар изолатор - што га чини добром платформом за монтажу електронских компоненти - и лако апсорбује и ослобађа течности. Додали смо полимере - поли (амик) киселину и поли (пиромелитички дианхидрид-п-фенилендиамин) - да побољшамо те електричне карактеристике.

Затим, да би се ускладиштила енергија у батерији, уместо метала и киселина које хемијски реагују да генеришу електроне, додали смо бактерије. Када се те батерије на крају комерцијализују, они ће користити бактерије које су безбедне за људе и животну средину и добро су садржане како би се смањила свака друга контаминација.

Будући да је папир груб и порозан, бактерије га држе и стварају сопствену енергију разбијањем готово свих доступних органских материјала, укључујући биљни материјал или отпадне воде. Тренутно припремамо изворни материјал, али може доћи и из околине. Ова хемијска реакција производи електроне. Нормално у бактеријској реакцији, ти електрони би се везали са кисеоником, али смо изградили нашу батерију да ограничимо кисеоник и заменимо електроду, што значи да можемо ухватити ток електрона и користити га за напајање уређаја.

Били смо забринути да кисеоник може ући у папир и прекинути ток електрона између бактерија, смањујући ефикасност батерије. Открили смо да, иако се то деси, има минималне ефекте. То је зато што је толико бактеријских ћелија тако чврсто везано за папирна влакна; они формирају вишеслојни биофилм који штити хемијску реакцију од већине кисеоника.

Такође смо желели батерију која би могла да се разгради. Бактерије у самој батерији, након што отпусте енергију, могу разбити папир и полимере у безопасне компоненте. У води, наша батерија се лако биоразградјује, без посебне опреме или других микроорганизама који помажу у разградњи.

Структуре од полимерног папира су лагане, јефтине и флексибилне. Та флексибилност такође омогућава да се батерије савијају као нормални комад папира или да се слажу једна изнад друге. То омогућава већу снагу батерије у мање просторе.

Обећања и могућности

Папертроника може бити посебно корисна у удаљеним подручјима са ограниченим ресурсима, јер их покрећу бактерије које могу да настањују чак и најекстремније услове и разбијају скоро сваки материјал да би произвели електроне. Ни њима није потребна добро успостављена електрична мрежа. Поред тога, иако су папирнате батерије дизајниране да буду једнократне након употребе, њихови материјали се могу рециклирати - а нове батерије могу бити направљене од рециклираног папира.

Револуционарни као што су био-батерије на папиру намењене будућим електронским уређајима, оне су прилично једноставне за израду. Полимери и бактерије се могу мешати са папиром у традиционалним производним процесима, укључујући штампање на ролну и ситотисак - или чак бити обојани или изливени на папир.

Папирним батеријама се могу додати и други материјали - као што су метали, полупроводници, изолатори и наночестице. Ове и друге супстанце могу да додају више својстава и могућности уређајима заснованим на папиру, отварајући нова врата за следећу генерацију електронике.

Овај чланак је првобитно објављен на "Цонверсатион би Сеокхеун Цхои". Прочитајте оригинални чланак овде.