Батарея на основе бактерий на одном листе бумаги

Вместо того чтобы заказывать батареи в блоке, мы можем получить их в будущем в виде пачки бумаги. Исследователи из Университета Бингемтона и из Государственного университета Нью-Йорка создали батарею на основе бактерий на одном листе бумаги, которая может работать с одноразовой электроникой. Технология производства сокращает время изготовления и стоимость, и конструкция может революционизировать использование биобатарей в качестве источника энергии в отдаленных, опасных и ограниченных ресурсами районах.

«Пейпертроника (papertronics) недавно появилась в качестве простого и недорогостоящего способа питания для одноразовых диагностических датчиков», - говорит ассистент-профессор Сокхун «Шон» Чой (Seokheun "Sean" Choi), который работает в отделе электротехники и компьютерной инженерии в Школе инженерных и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона. Он также является директором лаборатории биоэлектроники и микросистем в Бингемтоне.

«Автономные и самоподдерживающиеся основанные на бумаге устройства в пунктах оказания помощи необходимы для обеспечения эффективных и безопасных процедур в условиях ограниченных ресурсов», - продолжил Чой.

На одной половине куска хроматографической бумаги Чой и аспирант Ян Гао (Yang Gao), являющийся соавтором статьи, поместили ленту из нитрата серебра под тонкий слой воска для создания катода. Затем они изготовили резервуар из проводящего полимера на другой половине бумаги, который действовал как анод. После правильной складки и добавления нескольких капель жидкости, наполненной бактериями, клеточное дыхание микробов активирует батарею.

«Устройство требует, чтобы слои включали компоненты, такие как анод, катод и PEM (мембрана протонного обмена), - сказал Чой. - Окончательная батарея требует ручной сборки, и есть потенциальные проблемы, такие как несоосность слоев бумаги и вертикальный разрыв между слоями, что в конечном счете уменьшает выработку электроэнергии».

Различные методы складывания и укладки могут значительно улучшить выходную мощность и ток. Ученые смогли получить 31,51 мкВт на 125,53 мкА с шестью батареями в трех параллельных сериях и 44,85 мкВт на 105,89 мкА в конфигурации 6х6.

Для питания обычной 40-ваттной лампочки потребуются миллионы бумажных батарей, но на поле боя или в условиях бедствия первостепенное значение имеет удобство и портативность. Кроме того, имеется достаточно энергии для запуска биодатчиков, которые контролируют уровни глюкозы у пациентов с диабетом, обнаруживают патогены в организме или выполняют другие спасательные функции.

«Среди множества гибких и интегрированных бумажных батарей с большим потенциалом, основанная на бумаге технология микробных топливных элементов, пожалуй, самая слаборазвитая, - сказал Чой. – Это нас стимулирует, потому что микроорганизмы могут собирать электроэнергию из любого типа биодеградируемого источника, такого как сточные воды, который легко доступен. Я считаю, что этот тип бумажной биобатареи может стать будущим источником питания для пейпертроники».

Эта инновация - самое последнее достижение в разработке аккумуляторных батарей. Команда Чоя разработала свой первый бумажный прототип в 2015 году, который был складывающейся батареей и очень напоминал спичечный коробок.

Текущая работа доступна в Интернете в журнале Advanced Materials Technologies и представлена на конференции IEEE MEMS 2017 в Лас-Вегасе, штат Невада, 22-26 января.

Исследователи из Университета Бингемтона и Государственного университета Нью-Йорка создали батарейку с питанием от бактерий на одном листе бумаги, которая может работать с одноразовой электроникой