新研发纸电池媲美 AA 电池 由水活化而成 期望与环境取得平衡

撰文: 明日科学
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一项新研发的、由水来活化的可抛式纸电池(paper battery),承诺要对一次性的电子产品产生巨大的影响。这些用于医疗或工业领域上的暂时性器具所产生的电子废弃物,可能会很容易就累积起来。

▼▼▼纸电池与AA电池一样强大?▼▼▼

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短小精干

研究人员所展示的电池具生物可分解性、由永续材料所制成、组装起来也很便宜。而且,它能够根据需求而制成各种形状与大小。

如果要说明其功率的话,使用这项科技而打造出来的两单元电池组,已足够驱动一台液晶显示器闹钟。虽然它短时间还没有办法对你的笔电充电,但是已经对低功率感应器与追踪器具有很多潜力。

研究人员在他们发表的论文中写到:“我们研发了印刷出来的纸电池,用来提供一次性可抛式电子产品电力,并且最小化它们对环境的影响。这个电池是基于一种金属空气电池,其使用锌作为阳极中的生物可分解金属,阴极中使用石墨,纸作为两极间的分隔器、以及以水为基底的电解质。”

组成与活化

这个电池组由氯化钠盐的扩散纸所制成,可以只有 1 平方公分大,且是以印刷墨水为基础。其中一种墨水包含石墨片,用作为阴极(正极端);而在纸另一端的墨水包含了锌粉末,用作为阳极(负极端)。

第三种墨水是由石墨片与碳黑所构成,印在纸的两端,在其他两种墨水之上,将正极与负极端连到两条电线上。这些电线是接在纸的各一端,浸在蜡中。

接著所需要的,就是小量的水,少至两滴。这会溶解纸中的盐,释放出带电的离子,而当离子移动时,就会活化电池。借由将电线接到电子设备上,会形成封闭回路,意指说电子能从负极端运输至正极端。

在稳定 1.2 伏特的电压下,这个纸电池相当于标准 AA 碱性电池在 1.5 伏特下的表现程度。根据研究团队所进行的实验,在添加水约 20 秒之后,电池开始产生电力。

研究人员写到:“实验展示说,尽管与当前技术相比,能量密度有限,但是我们的电池仍然适用于广泛的低功率电子设备、以及物联网生态系统。”

最佳化的目标

虽然随著时间过去,纸会干掉,然后电池表现下降,但是它可以在一定程度之下补充更多的水。在多余的水之下,在第一次被活化两小时后,电池仍然能够产生 0.5 伏特的电压。

目前,这很大程度上是一项概念验证(proof-of-principle)的研究,但是在论文中所描述的电池并非过于复杂而难以制造。研究人员说,在未来,他们想要改善电池的效率,并让它运作得更久。

研究人员说:“随著人们对电子垃圾问题、以及用于像是环境感测与食物监测等用途上的一次性电子产品的意识上升,对环境影响较低电池的需求正在成长中。这种从传统效率指数表现导向发生的改变,为非传统材料与其设计创造了新机会,能够在电池表现与环境影响之间取得平衡。”

参考资料:
Nield, D., (2022, July 7). This Paper Battery Is as Powerful as a AA, And Is Activated by Water. ScienceAlert

Poulin, A. et al., (2022, July 28). Water activated disposable paper battery. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-022-15900-5

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