Сингапурские ученые из Наньянского технологического университета (NTU) разработали бумажные биоразлагаемые батареи на основе цинка, которые могут стать реальной альтернативой традиционным элементам питания для гибких и носимых электронных устройств.

Цинковые батареи NTU состоят из электродов (через которые электрический ток поступает в непосредственно в батарею) напечатанных на обоих сторонах куска целлюлозной бумаги, усиленной гидрогелем. После выхода из строя аккумулятор может быть захоронен в почве, где он полностью разлагается в течение месяца.

Доказывающий жизнеспособность концепции эксперимент был описан в научном журнале Advanced Science, где команда NTU показала, как лист печатной бумажной батареи размером 4 см x 4 см может питать небольшой электровентилятор на протяжении 45 минут. При этом изгиб или скручивание аккумулятора не прерывали поступление энергии.

В другом эксперименте с использованием светодиода, ученые продемонстрировали, что несмотря на обрезку частей бумажной батареи, подключенный к ней светодиод продолжал работать. Таким образом выяснилось, что удаление части батареи не влияет на ее функциональность.

Читайте также: Как хранить энергию в корнях растений придумали шведские ученые

Ученые считают, что их разработка может быть легко интегрирована в гибкую электронику, в частности в такие устройства как складные смартфоны или биомедицинские датчики для мониторинга здоровья.

«Традиционные батареи поставляются в самых разных модификациях и размерах, и выбор правильного типа для вашего устройства может быть сложным процессом. В своей работе мы показали простой, дешевый способ изготовления батареи, которую можно порезать до желаемых форм и размеров без потери эффективности. Эти функции делают наши бумажные аккумуляторы идеальными для интеграции в гибкую электронику», - сказал соавтор исследования, профессор Фан Хунжин из NTU.

Достоинством новой батареи также является отсутствие необходимости переработки электронных отходов, поскольку она не токсична и не требует применения алюминия или пластика для изготовления корпусных компонентов. Отсутствие упаковочных слоев также позволяет хранить больше энергии в меньших объемах устройства, что значительно увеличивает его эффективность.

Для того, чтобы разработать более тонкий, легкий прототип без использования упаковки, ученые NTU применили «сэндвич-дизайн», в котором электроды похожи на ломтики хлеба, а целлюлозная бумага выполняет роль наполнителя бутерброда. Связующим звеном для волокон целлюлозы служит гидрогель, который одновременно является и разделителем для печатных электродов (цинкового анода и катода из марганца и никеля). После печати электродов, батарея погружается в электролит, затем на них наносится слой тонкой золотой фольги для увеличения проводимости. Окончательный продукт получается толщиной около 0,4 мм, что примерно соответствует толщине двух человеческих волосков.

Гидрогель и целлюлоза, естественно, могут легко поглощаться бактериями, грибами и другими микроорганизмами, а сама батарея может быть просто похоронена в почве в конце своего срока службы. Под землей она разрушается в течение нескольких недель. Чтобы продемонстрировать полную биоразлагаемость бумажной батареи, ученые NTU поместили ее в почву крышного сада института, где она разложилась за две недели.

Следующей задачей для команды NTU станет демонстрация возможности полной интеграции бумажной батареи с различной печатной электроникой, «электронной кожей», а также с другими экологичными системами хранения энергии.

Читайте также: «Бумажные» солнечные панели для помещений разработали в Индии

Источник: ntu.edu.sg