Исследователи из Бингемтонского университета разрабатывают топливный элемент на бумажной основе, работающий за счёт бактерий. Основная цель учёных – производство недорогих и портативных батарей для использования в тех местах, где нет достаточного доступа к электричеству или другим источникам энергии.
Первоначально прототип напоминал спичечный коробок, но теперь специалисты решили придать устройству более элегантный вид хира-сюрикена (японского метательного оружия в виде звезды, её еще называют "звездой ниндзя"). В итоге инженеры получили устройство, закреплённое на одном листе бумаги, который может быть сложен в различные конфигурации, чтобы генерировать разную мощность.
Подобная технология производства может сократить время изготовления устройств и снизить их стоимость. Кроме того, подобные девайсы могут произвести настоящую революцию в вопросе использования биобатарей в качестве источников питания на удалённых, опасных или ограниченных в ресурсах территориях, считают специалисты.
Понятие пейпертроника (от английского слово paper (бумага), по аналогии со словом "электроника") возникло сравнительно недавно. Учёные позиционируют новое направление как простой и недорогой способ получения энергии для питания медицинских диагностических датчиков, поясняет один из авторов работы адъюнкт-профессор Сокхын "Шон" Чхве (Seokheun "Sean" Choi).
На одну половину листа хроматографической бумаги исследователи поместили ленту из нитрата серебра, покрытую тонким слоем воска (катод). На второй половине специалисты расположили резервуары из токопроводящего полимера, которые выступили в роли анода. После того как вся конструкция складывается половина к половине и между ними добавляется несколько капель жидкости, содержащей бактерии, "дыхание микробов" запускает работу батареи.
"Финальная комплектация батареи требует ручной сборки. Из-за этого возникает несколько потенциальных проблем – смещение слоёв бумаги относительно друг друга и вертикальный разрыв между слоями. Это в итоге уменьшает выработку энергии", — поясняет Чой.
Различные способы сложения и сворачивания позволяют существенно повысить мощность и выходной ток необычной батареи. Пока исследователям удалось сгенерировать 31,51 микроватта при токе в 125,53 микроампера с помощью шести батарей в трёх параллельных рядах.
То есть для питания обыкновенной 40-ваттной лампочки потребуются миллионы бумажных батарей. Однако, говорят учёные, в бедственных ситуациях удобство использования и портативность превыше всего. Кроме того, такие устройства рассчитаны на менее "мощную" работу: запитать биосенсор, который следит за уровнем глюкозы у больных сахарным диабетом, выявляет патогены в теле или выполняет другие жизненно-необходимые функции.
"Автономные, самоподдерживающиеся медицинские устройства, основанные на бумаге, имеют важнейшее значение для обеспечения эффективного и жизненно необходимого лечения в условиях ограниченных ресурсов", — уверен Чой.
По его словам, среди многих и многих гибких и комплексных батарей, основанных на бумаге, с большим потенциалом, технологии микробных топливных элементов являются одними из самых слаборазвитых. "Но микроорганизмы могут собирать электрическую мощность из любого типа биоразлагаемых источников, таких как сточные воды, которые достаточно доступны. Я считаю, что тип бумажной биобатареи может стать источником питания будущего для пейпертроники", — говорит Чой.
Исследовательская группа под руководством Чоя создала первый бумажный прототип в 2015 году.
Описание новой разработки опубликовано в статье, вышедшей в журнале Advanced Materials Technologies.
Добавим, что ранее рассказывалось о новой "умной батарее", которая выключается при перегреве, а другой новый аккумулятор при низких температурах нагревает себя сам. Кроме того, солнечные батареи научились печатать на бумаге.
