Многие небольшие, простые электронные устройства с низким энергопотреблением по сути являются одноразовыми. Новая бумажная батарея может сделать их более экологичными. Она активируется с помощью воды и легко разлагается после утилизации.
Батарею разработали ученые из швейцарского института Empa. Она предназначена для небольших электронных устройств: «умные» транспортные этикетки, датчики окружающей среды и одноразовые медицинские диагностические устройства.
Батарея состоит из одной связанной ячейки. Размер каждой ячейки составляет один квадратный сантиметр, а ее бумажная подложка пропитана хлоридом натрия (он же поваренная соль). Один его конец имеет восковое покрытие, к которому прикреплены две проволоки.
На одну сторону бумаги нанесены чернила с графитовыми чешуйками. Они играют роль катода. На другую — чернила с порошком из цинка, это анод. Положительный и отрицательный электроды через два провода соединяет краска с графитовыми чешуйками и сажей, которой покрыты грани бумаги.
Как только небольшое количество воды попадает на аккумулятор, жидкость растворяет соль в бумаге, высвобождая заряженные ионы. По мере того как эти ионы рассеиваются в электролите, смоченном бумагой, они вызывают окисление цинка в аноде, высвобождая электроны.
Таким образом, эти окислительно-восстановительные реакции генерируют электрический ток, который можно использовать для питания устройства.
В ходе лабораторных испытаний двухэлементная версия батареи успешно смогла включить небольшой будильник с жидкокристаллическим дисплеем.
Кроме того, было обнаружено, что всего двух капель воды достаточно, чтобы активировать одну клетку в течение 20 секунд. Без подключения к энергопотребляющему устройству эта ячейка достигала напряжения 1,2 вольта. Производительность элемента значительно снизилась через час — по мере высыхания бумаги — хотя он мог поддерживать рабочее напряжение 0,5 вольта в течение еще часа, после того как были нанесены еще две капли воды.
Ведущий ученый профессор Густав Нюстрем считает, что при дальнейшей разработке высыхание бумаги не должно быть ограничивающим фактором.
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports