Ce sunt "Papertronics"? De ce cercetătorii privesc hârtia ca sursă de baterie

Se pare că la fiecare câteva luni există un nou telefon mobil, un laptop sau o tabletă care este atât de interesantă, încât oamenii se aliniază în jurul blocului pentru a-și pune mâinile pe el. În timp ce introducerea perpetuă a electronicii noi, ușor avansate, a făcut ca întreprinderile ca Apple să aibă un succes deosebit, durata scurtă de viață a acestor electronice este proastă pentru mediul înconjurător.

Electronice moderne sunt umplute cu plăci de circuite pe care diferite metale și materiale plastice sunt lipite împreună. Unele dintre aceste materiale sunt toxice - sau se descompun în substanțe toxice. Sunt în curs depunerea eforturilor pentru a stimula reciclarea deșeurilor electronice, recuperarea materialelor care pot fi refolosite și eliminarea corespunzătoare a restului. Dar cele mai multe dispozitive se adaugă la grămada de deșeuri e-deșeuri din depozitele de deșeuri.

În loc să adăugați mai multe gunoaie la aceste grămezi tot mai mari, există posibilitatea de a crea electronice care să fie biodegradabile. De aceea alți cercetători și cu mine ne uităm la domeniul emergent al electronicii bazate pe hârtie - cunoscut sub numele de "papertronics". Sunt flexibile - chiar pliabile - durabile, prietenoase cu mediul și cu costuri reduse.

Dar pentru a fi într-adevăr ecologic, hârtia nu poate folosi baterii tradiționale, care sunt fabricate din metale și acizi caustici, pentru a stoca și descărca energie electrică. Recent, colegul meu chimist Omowunmi Sadik și cu mine am dezvoltat o baterie de hârtie care este reciclabilă și biodegradabilă, precum și suficient de sigură pentru a fi utilizată efectiv. Cheia este bacteria.

Bio-baterii flexibile

Am dezvoltat baterii flexibile, baterii alimentate cu saliva și multe altele. Mi-am dat seama că, atunci când căutam să consumăm electronice pe suport de hârtie, a fost logic să încercăm să scoatem din hârtie o baterie. Din fericire, hârtia este un material bun pentru baterii: este flexibil, un bun izolator - ceea ce îl face o platformă bună pentru montarea componentelor electronice pe - și absoarbe și eliberează fluidele cu ușurință. Am adăugat polimeri - acid poli (amic) și poli (dianhidridă piromelit-p-fenilendiamină) - pentru a îmbunătăți acele caracteristici electrice.

Apoi, pentru a stoca energia în baterie, în locul metalelor și acizilor care reacționează chimic pentru a genera electroni, am adăugat bacterii. Atunci când aceste baterii sunt comercializate în cele din urmă, vor folosi bacterii care sunt sigure pentru oameni și mediul înconjurător și bine înglobate pentru a reduce orice altă contaminare.

Deoarece hârtia este dură și poroasă, bacteriile se lipesc de ea și își generează propria energie prin destrămarea aproape a oricărui material organic disponibil, inclusiv a materialului vegetal sau a apelor uzate. În prezent, preambalăm materialul sursă, dar ar putea proveni și din mediul înconjurător. Această reacție chimică produce electroni. În mod normal, într-o reacție bacteriană, acești electroni s-ar lega cu oxigenul, dar ne-am construit bateria pentru a limita oxigenul și a înlocui un electrod, ceea ce înseamnă că putem capta fluxul de electroni și îl putem folosi pentru alimentarea dispozitivelor.

Am fost îngrijorat că oxigenul poate intra în hârtie și poate întrerupe fluxul de electroni între bacterii, diminuând eficiența bateriei. Am constatat că, în timp ce se întâmplă acest lucru, are efecte minime. Asta pentru că atât de multe celule bacteriene sunt atât de strâns atașate la fibrele de hârtie; ei formează un biofilm multi-strat care protejează reacția chimică de cele mai multe oxigen.

De asemenea, am dorit o baterie care ar putea biodegrada. Bacteriile din bateria însăși, după ce s-au eliberat de energie, pot descompune hârtia și polimerii în componente inofensive. În apă, bateria noastră este ușor biodegradată, fără echipament special sau alte microorganisme pentru a ajuta la defalcare.

Structurile de hârtie polimerică sunt ușoare, ieftine și flexibile. Această flexibilitate permite, de asemenea, ca bateriile să se îndoaie ca o bucată normală de hârtie sau să fie stivuite una peste cealaltă. Acest lucru permite mai multă putere bateriei să se potrivească în spații mai mici.

Promisiuni și oportunități

Papertronics poate fi deosebit de utilă în zone îndepărtate, cu resurse limitate, pentru că sunt alimentate de bacterii care pot trăi chiar și în cele mai extreme condiții și pot sparge aproape orice material pentru a produce electroni. De asemenea, nu au nevoie de o rețea electrică bine stabilită. În plus, deși bateriile de hârtie sunt concepute să fie disponibile după folosire, materialele lor sunt reciclabile - iar bateriile noi pot fi create din hârtie reciclată.

Pe măsură ce revoluționară sunt bateriile pe bază de hârtie pe bază de bio-baterii pentru viitoarele dispozitive electronice, acestea sunt destul de ușor de făcut. Polimerii și bacteriile pot fi amestecate cu hârtie în procesele tradiționale de fabricație, inclusiv prin tipărirea prin rolă în role și imprimarea în serigrafie - sau chiar pot fi vopsite sau turnate direct pe hârtie.

Alte materiale pot fi adăugate, de asemenea, la bateriile din hârtie - cum ar fi metalele, semiconductorii, izolatorii și nanoparticulele. Aceste și alte substanțe pot adăuga mai multe proprietăți și capacități dispozitivelor pe suport de hârtie, deschizând noi porți pentru noua generație de produse electronice.

Acest articol a fost publicat inițial pe Conversația lui Seokheun Choi. Citiți articolul original aici.