鉅大LARGE | 點擊量：900次 | 2018年09月27日
紙基生物電池：可折疊、可生物降解，在電子領域創(chuàng)造了一個新機遇
幾乎每隔幾個月就會有一款新的手機、筆記本電腦或平板電腦上市，想要拿到它的人們在街角排起長隊。許多類似蘋果這樣的企業(yè)通過不斷推出新的、稍微先進的電子產(chǎn)品取得了巨大的商業(yè)成就，但這些電子產(chǎn)品短的使用期限對環(huán)境產(chǎn)生了許多不利影響。
現(xiàn)代電子設備中裝滿了電路板、各種金屬和塑料。其中一些材料是有毒的，一些材料則會分解出有毒物質(zhì)。目前全球各國都在努力推動電子廢物的回收利用，回收可重復使用的材料，并妥善處置其余的廢物。但大多數(shù)設備最終都會成為垃圾填埋場中的電子垃圾。
新的發(fā)現(xiàn)讓人們有機會制造出可生物降解的電子產(chǎn)品，而不是向不斷增高的垃圾堆上添加更多的垃圾。這就是我還有其他研究人員探索紙基電子學，即所謂的“紙電子學”這一新興領域的原因。它可以創(chuàng)造出柔性的，可折疊的，可持續(xù)的，對環(huán)境友好的，成本低廉的新型電子材料。
為了實現(xiàn)真正的環(huán)保，紙質(zhì)電子學不能使用由金屬和苛性堿制成的傳統(tǒng)電池來儲存和釋放電力。最近，化學家同事奧莫文米·薩迪克(OmowunmiSadik)和同事開發(fā)了一種可回收、可生物降解的紙電池，它的可靠性非常高，可以在實驗室外實際使用（先進的可持續(xù)系統(tǒng)，“綠色生物電池：混合紙-聚合物-微生物燃料電池”）。這種電池成功的關(guān)鍵是使用了合適的微生物。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一種基于紙和細菌的可折疊、可生物降解的電池在電子領域創(chuàng)造了一個新機遇。
柔性生物電池
他們開發(fā)的這種柔性電池由唾液等提供動力(先進材料技術(shù)，“新的紙技術(shù)、可降解的生物電池：激活接種在紙張上的微生物獲得電能”)。人們試圖為紙質(zhì)電子產(chǎn)品提供動力時，嘗試用紙張制造電池就具有重要意義。幸運的是，紙是一種很好的潛在電池材料：它是柔性的，并且是一種很容易吸收和釋放液體的絕緣體，這使得它成為安放電子元件的良好平臺。研究人員添加了聚酰胺酸、聚苯四氫和對苯二胺等聚合物以改善紙的電學特性。
然后，研究人員使用細菌代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池中的金屬和酸，實現(xiàn)在電池中儲存能量。這種電池被商業(yè)化的時候，會使用對人類和環(huán)境都是安全的細菌來減少對環(huán)境的污染。
細菌附著在粗糙和多孔的紙上，通過分解植物材料或廢水等所有可用的有機物質(zhì)來產(chǎn)生的能量。目前，研究人員正在對原材料進行預處理，但原材料也可以直接取自自然環(huán)境。這一過程中的化學反應會產(chǎn)生電子。通常，這些電子在細菌反應中會與氧氣結(jié)合，但研究人員已經(jīng)制作出限制氧氣的電池，并使用了一個新的電極，最終研究人員可以捕捉到電子的流動，并利用它來驅(qū)動設備。
研究人員擔心氧氣會進入紙張，阻斷細菌之間的電子流動，從而降低電池的效率。研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管這種情況確實存在，但它的影響微乎其微。這是因為眾多的細菌細胞緊密地附著在紙纖維上，它們形成的多層生物膜保護了內(nèi)部化學反應不受氧氣的影響。
研究人員還想要制作一種可以生物降解的電池。電池中的細菌一旦釋放能量，就能將紙張和聚合物分解成無害的成分。這種電池在水中不用任何特殊的設備或其他微生物來幫助就能很容易被降解。
這種聚合物紙基結(jié)構(gòu)是柔性的，并且重量輕、成本低。這種柔性材料還允許電池像普通的紙一樣折疊，可以極大地提高電池的能量密度。
一組折疊式紙基電池可以為紙基電子裝置供電。
承諾和機遇
紙電子學在資源有限的偏遠地區(qū)特別有用，因為是由細菌提供動力，所以即使是在最極端的條件下，它們也能分解有機物質(zhì)產(chǎn)生電子提供電能。他們也不需要一個結(jié)構(gòu)完善的電網(wǎng)。此外，盡管紙電池設計為一次性電池，但它們的材料是可回收的，可以使用再生紙制造出新電池。
紙基生物電池對未來的電子設備來說具有革命性意義。它們的制造是相當簡單的，使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝如滾印和絲網(wǎng)印刷等，就可以實現(xiàn)聚合物和細菌與紙張的混合（RSCAdvances，“聚合物熱電模塊絲網(wǎng)印刷紙”）。
其他材料也可以添加到紙電池中，比如金屬、半導體、絕緣體和納米粒子。這些材料可以為紙基設備添加更好的性能和更多的功能，為開發(fā)下一代電子產(chǎn)品打開新的大門。
