Ученые создают одноразовые батареи, питающиеся от бактерий.

Батареи — это жизненный эллемент электронных товаров и гаджетов. По мере развития технологий батареи, как правило, становятся меньше и способны удерживать большее количество энергии. Вездесущие литий-ионные батареи используются для питания повседневных гаджетов — от ноутбуков до переносных динамиков. Несмотря на легкий вес и высокую плотность энергии, они часто производятся с использованием не биодеградируемых, токсичных материалов. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечные элементы и наногенераторы, также содержат невозобновляемые и не подверженные биоразложению тяжелые металлы и полимеры. Производство и утилизация таких батарей требует много энергии и может представлять потенциальную угрозу для окружающей среды.

Разработка батарей на основе бумаги может быть инкапсулирована под месторождение Papertronics, которое предлагает дешевые, устойчивые и экологически чистые батареи, обладающие плодотворными механическими и флюидными свойствами. Диаметром целлюлозных волокон бумаги, шероховатостью и прозрачностью можно манипулировать с помощью передовых технических методов, позволяющих использовать его для ряда задач. В области биосенсоров бумага обладает уникальным преимуществом для того, чтобы быть недорогой, гибкой и одноразовой, а также иметь высокую площадь поверхности. Однако потребность в энергии таких сложных датчиков была движущей силой развития био-батарей.

Таким образом, исследователи из Государственного университета Нью-Йорка в Бингемптоне во главе с Seokheun Choi разработали бумажную одноразовую батарею, в которой бактерии генерируют электрический ток и потребляют батарею по истечении срока ее службы. Экзоэлектрогены, особый тип бактерий, которые переносят электроны вне их клеток, высушиваются на поверхности бумажных батарей лиофилизированными. Бумажная батарея использует дыхание для преобразования биохимической энергии, хранящейся в органическом веществе, в электрическую энергию, используя серию реакций через систему биомолекул электронных носителей. Бактерии активируют добавлением воды и слюны, после чего бактерии делают энергию для себя. Энергия может быть использована для питания батареи, которая может в конечном итоге привести в действие светодиод или электронный калькулятор.

Однако в 2017 году исследователи из Испании, Канады и США разработали безметаллическую, переносную и биоразлагаемую батарею окислительно-восстановительного потока. Предназначеннаю для одноразового использования, батарея работала в течение 100 минут, прежде чем разложилась почвенно-населяющими микроорганизмами. Чой указал на потенциальный недостаток утилизации таких батарей, поскольку они требуют благоприятных условий захоронения отходов. Вместо этого его бумажные батареи имеют срок годности 4 месяца и легко разлагаются в воде.

Краткоживущие бумажные батареи могут использоваться для ряда применений — от проглатывающихся медицинских устройств до датчиков для интеллектуального транспорта. Обеспечивая биоразлагаемость устройств, экологический след батарей будет сведен к минимуму. Хотя текущая емкость батарей Choi минимальна, ее можно было бы дополнительно развивать, чтобы хранить больше энергии и дольше.
По оценкам, более 50 миллиардов электронных устройств будут установлены в ближайшие пять лет. Большая часть таких устройств будет иметь короткий срок службы и потребует, чтобы батареи, которые были изготовлены из нетоксичных, биоразлагаемых материалов, были легко утилизированы. Поле Papertronics, продвинутое миром Чой и его коллегами, может взять на себя ответственность за следующее поколение дешевых, переносных и одноразовых батарей.

Похожие записи