В доказательном исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, описана активируемая водой одноразовая бумажная батарея. По мнению ученых, ее можно использовать для питания широкого спектра одноразовых электронных устройств с низким энергопотреблением, таких как умные этикетки для отслеживания товаров, экологические датчики и медицинские диагностические устройства, тем самым минимизируя их воздействие на окружающую среду.
Батарея была разработана Густавом Нюстрёмом и его коллегами и состоит как минимум из одного элемента площадью один сантиметр и состоит из трех красок, которые были нанесены 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 концом батареи (катодом). На другую сторону нанесены чернила, содержащие цинковый порошок, который служит отрицательным концом 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 в бумаге растворяются при добавлении небольшого количества воды, высвобождая заряженные ионы. Эти ионы распространяются по бумаге и активируют батарею, в результате чего цинк в чернилах на отрицательном конце батареи высвобождает электроны.
Присоединение проводов к электрическому устройству замыкает цепь, чтобы электроны могли быть перенесены с отрицательного конца - через графит и сажу, содержащие чернила, провода и устройство - на положительный конец (графитсодержащие чернила), где они переходят в кислород в окружающем воздухе. В результате этих реакций образуется электрический ток, который может быть использован для питания устройства.
Чтобы продемонстрировать способность своей 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 активировалась в течение 20 секунд и, не будучи подключенной к энергопотребляющему устройству, достигала стабильного напряжения 1,2 вольта.
Напряжение стандартной щелочной батарейки AA составляет 1,5 вольта. Через час работа одноэлементной батарейки значительно снизилась из-за высыхания бумаги. Однако после добавления еще двух капель воды она сохраняла стабильное рабочее напряжение 0,5 вольт еще более часа.
Авторы предполагают, что биоразлагаемость бумаги и цинка может позволить их батарее минимизировать воздействие одноразовой маломощной электроники на окружающую среду. Они предполагают, что экологичность батареи может быть еще больше увеличена за счет минимизации количества цинка, используемого в чернилах, что также позволяет точно определить количество вырабатываемой батареей электроэнергии. электроэнергии, вырабатываемой батареей, можно точно контролировать.
