加点水,这种一次性纸电池就能激活

加点水,这种一次性纸电池就能激活

纸电池正在驱动一个闹钟。图片来源:Alexandre Poulin

在纸上加点水,这张纸就可以变成一次性电池。研究者认为,该电池可以被用于驱动各种低功率、一次性可丢弃的电子器件,例如追踪物品的智能标签、环境传感器和医学诊断设备,同时在使用中将环境影响降到最低。相关研究成果近日发表于《科学报告》

瑞士联邦材料测试与开发研究所研究人员设计的这种电池,主要由一个1平方厘米的电池单元组成,还包含3种印在长方形纸带上的油墨。纸带上分布着氯化钠,纸带较短端浸了蜡。含有石墨薄片的油墨印制在纸带一面,作为电池组正极;含有锌粉的油墨印制在纸带的另一面,作为电池组负极。这种油墨将电池组正负极和两根电线连接起来,电线位于有蜡的那端。

加上一点水,纸带上的盐会溶解,释放出带电离子。这些离子在纸带上弥散激活电池组,让电池组负极油墨中的锌释放电子。连在电子设备上的电线能接通电路,让电子经过含石墨和炭黑的油墨、电线和设备,从负极转移到正极(含石墨的油墨),并在那里被转移到周围的氧气里。这些反应产生的电流可用于驱动设备。

为展示这种电池驱动低功率电子器件的能力,研究者把两个电池单元结合成一个电池组,用它驱动一个有液晶显示器的闹钟。对电池组的性能分析显示,加入两滴水,电池组会在20秒内激活。当不连接耗能设备的时候,电池组能达到稳定的1.2伏,一个标准AA碱性蓄电池的电压是1.5伏。1小时后,电池组性能因为纸张干燥而迅速下降。但是再滴两滴水,该电池组能再维持稳定的0.5伏工作电压达1个小时以上。

研究者提出,纸张和锌的生物可降解性,使这种电池能够最大程度减少可丢弃、低功率电子器件带来的环境影响。他们认为,通过在油墨中使用较少的锌,这种电池的可持续性还可以进一步改进,这也会使电池产生的电流得到精确控制。

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