Создана активируемая водой бумажная батарея
Многие небольшие, простые электронные устройства с низким энергопотреблением, как правило, являются одноразовыми. Новая бумажная батарея может сделать их более экологичными, поскольку она активируется водой и разлагается после утилизации.
Батарея, разработанная учеными из швейцарского института Empa, предназначена для использования в таких приложениях, как «умные» транспортные этикетки, датчики окружающей среды и одноразовые медицинские диагностические устройства.
В своей текущей экспериментальной форме 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 ее конец имеет восковое покрытие, к которому прикреплены две проволоки.
На одной стороне бумаги напечатаны чернила, содержащие графитовые чешуйки, которые служат катодом. Чернила, содержащие порошок цинка, который служит анодом, печатаются на другой стороне. Обе краски по обе стороны бумаги покрыты третьей краской, содержащей графитовые чешуйки и технический углерод — она соединяет катод и анод с двумя проводами на одном конце.
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.
«Затем эти электроны могут быть перенесены с цинкосодержащего анода — через чернила, содержащие графит и сажу, провода и устройство — на графитовый катод, где они переносятся — и, следовательно, восстанавливают — кислород из окружающего воздуха, — объясняют исследователи.
«Таким образом, эти окислительно-восстановительные реакции (восстановление и окисление) генерируют электрический ток, который можно использовать для питания внешнего электрического устройства».
В ходе лабораторных испытаний двухэлементная версия батареи успешно смогла питать небольшой будильник с жидкокристаллическим дисплеем.
Кроме того, было обнаружено, что всего двух капель воды достаточно, чтобы активировать одну ячейку 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, ранее разработавший биоразлагаемый мини-конденсатор, считает, что при дальнейшей разработке высыхание бумаги не должна быть таким ограничивающим фактором.
Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Scientific Reports.