科学家开发出水激活的新型一次性纸电池

《科学报告》杂志上发表的一项概念验证研究概述了一种水激活的一次性纸电池据科学家们说,它可以用来为各种低功率的一次性电子设备供电,例如用于追踪物品的智能标签、环境传感器和医疗诊断设备,从而将其对环境的影响降到最低。

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该电池由Gustav Nyström及其同事开发,它由至少一个一平方厘米的电池组成,由三个印在长方形纸条上的墨水组成。纸条上覆盖着氯化钠盐,它的一个较短的末端已经浸在蜡中。

纸的一个平面上印有含有石墨片的墨水,作为电池的正极(阴极)。另一面印有含有锌粉的墨水,作为电池的负极(阳极)。

此外,在其他两种墨水的基础上,在纸的两面都印有含有石墨片和碳黑的墨水。这种墨水将电池的正负极与位于纸的浸蜡一端的两根导线连接起来。

当加入少量的水时,纸中的盐会溶解,释放出带电离子。这些离子在纸上传播以激活电池,从而使电池负端的墨水中的锌释放电子。

研究人员随后将电线连接到一个电气设备上,关闭电路,使电子可以从负极–通过含石墨和碳黑的墨水、电线和设备–转移到正极(含石墨的墨水),在那里它们被转移到周围空气中的氧气。这些反应产生的电流可用于为该设备供电。

为了证明他们的电池有能力运行低功率的电子设备,作者将两个电池组合成一个电池,并使用它来为一个带有液晶显示器的闹钟供电。对一节电池的性能分析显示,在加入两滴水后,电池在20秒内激活,并且在不连接到耗能设备时,达到1.2伏的稳定电压。

一个标准AA碱性电池的电压是1.5伏。一小时后,由于纸张干燥,一节电池的性能明显下降。然而,在再加入两滴水后,它又保持了0.5伏的稳定工作电压,时间超过了一个小时。

作者提出,纸和锌的可生物降解性可以使他们的电池尽量减少一次性低功率电子产品对环境的影响。他们建议,通过尽量减少墨水内的锌用量,可以进一步提高电池的可持续性,这也使得电池产生的电量可以得到精确控制。

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