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美国研发纸质细菌电池,可生物分解不会污染环境

时间:2018-09-04 作者:EnergyTrend 阅读:
美国宾汉顿大学成功利用纸与细菌打造一次性电池,细菌可用来产生电流为电池供电,还可在寿命结束时“吞噬”电池,完美解决电池回收问题……

近年来为追求低成本、高效率与环保电池,不少创新技术应运而生,而近日美国宾汉顿大学开发出一种以细菌为驱动力的“纸电池”,不仅具有轻便可携带等优点,还可以生物分解,之后在为数百万台传感器与设备供电的同时,再也不用担心电池难以回收的难题了。

电池与微型电子设备可说是我们生活基础设备,从 3C 产品、交通智能传感器到医护设备都需会需要这些必需品,电子设备需求量预估在未来 5 年内将增长至 500 亿,但通常这些设备寿命并不长,有些甚至只能使用一次,往往会造成电池回收难题与生态污染。

因此,为解决此难题,美国宾汉顿大学成功利用纸与细菌打造一次性电池,细菌可用来产生电流为电池供电,还可在寿命结束时“吞噬”电池,完美解决电池回收问题。细菌能透过呼吸作用将有机物质中的生化能量(biochemical energy)转换成生物能量(biological energy),透过一系列连续的分子内有机反应将电子输送到阳极。

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(图自:Seokheun Choi)

而为成功制造电池,研究员将急速冷冻的“胞外产电菌(exoelectrogens)”放置在纸上,根据团队说法,该细菌可以将电子转移到细胞外,电子可穿过细胞膜并与外部电极接触、为电池供电。而在电池未启用之前,细菌都处于冷冻干燥状态,可透过添加水与唾液,让电池开始运作或是让电池中的细菌更有活性。

目前细菌纸电池寿命约 4 个月,电池用尽之后可放入水中自然分解,最大功率则为每平方公分 4μW,电流密度则是每平方公分 26μA,宾汉顿大学电机工程系助理教授 Seokheun(Sean)Choi 表示,该数据比以往的纸质细菌电池高出许多,但若要达成商业化,功率与电流密度还得提高 1,000 倍。

不过团队也没有因此灰心,Choi 指出,将纸做为设备基板的好处在于,我们能很容易地将设备折迭来进行串联。之后团队目标则是改善细菌的寿命,进一步提升电池寿命与性能。

该技术即是所谓的纸电子(papertronics),让电子设备摆脱笨重脆硬等形象,透过与纸张结合,打造可挠式、可折迭、轻便、成本低且可生物分解的产品。先前该团队也有研发细菌纸电池,用碳做为阳极、液态镍则为电池阴极,成本更是只有 5 美分,且可以折迭成火柴盒大小、能用于各种小型生物传感器。

目前也不是只有宾汉顿大学在研究纸电池,由西班牙、加拿大和美国组成的团队也在 2017 年打造出无金属、能生物降解的氧化还原液流电池,其中以纤维素制成的电池在运作 100 分钟之后,可被土壤中的微生物吞噬,处理电池的方式就像堆肥一样简单。

现在科学家已推出各式各样的纸电子产品原型,像是晶体管、显示器、电池、传感器与智能标记等,但难以量产、电池储存容量不大、如何进行生物降解等都是科学家所遇到的难题,而未来随着技术不断进步与创新,之后或许真的有办法让纸制电子产品商业化,创造另一股环保商机。

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