Ano ba ang "Papertronics"? Bakit Tumitingin ang Mga Mananaliksik sa Papel bilang Pinagkukunang Batery

Tila tulad ng bawat ilang buwan may isang bagong cell phone, laptop, o tablet na napakasaya na mga tao ay nakahanay sa paligid ng bloke upang makuha ang kanilang mga kamay dito. Habang ang panghabang-buhay pagpapakilala ng mga bagong, bahagyang mas advanced na electronics ay gumawa ng mga negosyo tulad ng Apple hugely matagumpay, ang maikling shelf buhay ng mga electronics ay masama para sa kapaligiran.

Ang mga modernong elektronika ay puno ng mga circuit boards na kung saan ang iba't ibang mga metal at plastik ay soldered magkasama. Ang ilan sa mga materyales na ito ay nakakalason - o masira sa mga nakakalason na sangkap. May mga pagsisikap na mag-umpisa upang palakasin ang pag-recycle ng e-waste, pagbawi ng mga materyales na maaaring magamit at maayos ang pagtatapon ng iba. Subalit ang karamihan sa mga aparato ay natapos na idinagdag sa lumalaking tambak ng e-waste sa mga landfill.

Sa halip ng pagdaragdag ng mas maraming basura sa mga patuloy na patong na ito, mayroong pagkakataon na lumikha ng mga elektronika na biodegradable. Iyon ang dahilan kung bakit ang ibang mga mananaliksik at ako ay naghahanap sa umuusbong na larangan ng mga electronics na nakabatay sa papel - na kilala bilang "papertronics." Ang mga ito ay kakayahang umangkop - kahit na maaaring foldable - napapanatiling, magiliw sa kapaligiran at mura.

Ngunit upang maging tunay na eco-friendly, hindi maaaring gamitin ng papertronics ang mga tradisyunal na baterya, na gawa sa mga metal at mga sangkap na acid, upang mag-imbak at magdiskarga. Kamakailan lamang, kami ng aking kemikal na kasamahan na si Omowunmi Sadik ay gumawa ng isang papel na baterya na maaring ma-recycle at biodegradable, pati na rin ang maaasahang sapat na magagamit. Ang susi ay bakterya.

Flexible Bio-Batteries

Nagbuo ako ng mga kakayahang magamit ng baterya, mga baterya na pinatatakbo ng laway at higit pa. Naisip ko na kapag naghahanap sa elektrisidad na nakabatay sa papel, naisip na subukan na gumawa ng baterya sa papel. Sa kabutihang palad, ang papel ay isang mahusay na potensyal na materyal ng baterya: Ito ay kakayahang umangkop, isang mahusay na insulator - na ginagawang isang mahusay na plataporma para sa pag-mount ng mga electronic na sangkap sa - at sumisipsip at naglalabas ng mga likido madali. Nagdagdag kami ng polymers - poly (amic) acid at poly (pyromellitic dianhydride-p-phenylenediamine) - upang mapabuti ang mga electrical na katangian.

Pagkatapos, upang mag-imbak ng enerhiya sa baterya, sa halip ng mga metal at mga acid na tumutugon sa chemically upang makabuo ng mga electron, nagdagdag kami ng bakterya. Kapag ang mga baterya ay sa huli ay kumokomersyo, gagamitin nila ang mga bakterya na ligtas para sa mga tao at sa kapaligiran at maayos upang mabawasan ang anumang iba pang kontaminasyon.

Dahil ang papel ay magaspang at puno ng buhangin, ang bakterya ay mananatili dito, at bumubuo ng kanilang sariling enerhiya sa pagbagsak ng halos lahat ng magagamit na organikong materyal, kabilang ang materyal ng halaman o wastewater. Sa sandaling ito, kami ay prepackaging pinagmumulan ng materyal, ngunit maaari rin itong dumating mula sa kapaligiran. Ang reaksyong kemikal na ito ay gumagawa ng mga elektron. Karaniwan sa isang reaksiyong bakterya, ang mga elektron na ito ay magkakaroon ng oxygen, ngunit itinayo namin ang aming baterya upang limitahan ang oxygen at palitan ang isang elektrod, ibig sabihin maaari naming makuha ang daloy ng elektron at gamitin ito sa mga power device.

Nababahala kami na ang oxygen ay maaaring makapasok sa papel at matakpan ang daloy ng elektron sa pagitan ng bakterya, pagpapababa ng kahusayan ng baterya. Nakita namin na habang nangyayari iyon, ito ay may kaunting epekto. Iyan ay dahil napakaraming mga bakterya na mga selula ang napakatigpit sa mga fibers ng papel; bumubuo sila ng multi-layer biofilm na pinangangalagaan ang reaksiyong kemikal mula sa karamihan ng oxygen.

Nais din namin ang isang baterya na maaaring makapag-biodegrade. Ang bakterya sa baterya mismo, sa sandaling tapos na ang paglabas ng enerhiya, ay maaaring masira ang papel at polimer sa mga hindi nakakapinsalang bahagi. Sa tubig, madaling bawiin ang aming baterya, nang walang anumang espesyal na kagamitan o iba pang mga mikroorganismo upang makatulong sa pagkasira.

Ang mga istraktura ng polimer-papel ay magaan, mababa, at may kakayahang umangkop. Pinapayagan din ng flexibility na ang mga baterya ay tiklupin tulad ng isang normal na piraso ng papel, o i-stack sa ibabaw ng bawat isa. Na nagbibigay-daan sa mas maraming lakas ng baterya na magkasya sa mas maliit na espasyo.

Mga Pangako at Pagkakataon

Ang papertronics ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa mga malalayong lugar na may limitadong mga mapagkukunan dahil ang mga ito ay pinapatakbo ng mga bakterya na maaaring tumira kahit na ang pinaka-matinding kondisyon at masira ang halos anumang materyal upang makabuo ng mga elektron. Hindi nila kailangan ang isang mahusay na itinatag kapangyarihan grid, alinman. Bilang karagdagan, bagama't ang mga baterya ng papel ay idinisenyo upang magamit pagkatapos na magamit ito, ang kanilang mga materyales ay maaaring magamit na muli - at ang mga bagong baterya ay maaaring malikha mula sa recycled paper.

Bilang rebolusyonaryo bilang mga bio-baterya na nakabatay sa papel ay para sa mga elektronikong aparato sa hinaharap, ang mga ito ay medyo tapat na gawin. Ang mga polymers at bakterya ay maaaring pinaghalo sa papel sa tradisyunal na mga proseso ng pagmamanupaktura, kabilang ang roll-to-roll na pag-print at pag-print ng screen - o kahit na pininturahan o ibinuhos pakanan papunta sa papel.

Ang iba pang mga materyales ay maaaring idagdag sa mga baterya ng papel - tulad ng mga metal, semiconductor, insulator, at mga nanopartikel. Ang mga ito at iba pang mga sangkap ay maaaring magdagdag ng higit pang mga katangian at kakayahan sa mga aparatong batay sa papel, na nagbubukas ng mga bagong pinto para sa susunod na henerasyon ng electronics.

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa The Conversation ni Seokheun Choi. Basahin ang orihinal na artikulo dito.