Engangspapirbatteri, der kan aktiveres med vand


Et papirbatteri består af to elektrokemiske celler i begge ender af en papirstrimmel, adskilt af en vandbarriere (mellem bogstaverne “m” og “p”) og forbundet i serie. Empa sda-ats

Dette indhold blev offentliggjort den 28. juli 2022 – kl. 17.00

(Keystone-ATS)

Empa-forskere har udviklet et vandaktiveret, engangspapirbatteri. Det kan forsyne en lang række forskellige elektroniske engangsenheder med lav effekt, såsom smart-tags eller miljøsensorer.

Batteriet designet af Gustav Nyström og hans team består af mindst én celle, der måler en kvadratcentimeter og består af tre blæk trykt på en rektangulær papirstrimmel. Bordsalt er spredt i en strimmel papir, hvoraf den ene ende er dyppet i voks, sagde Federal Laboratory for Testing and Materials Research (Empa) torsdag.

Blæk indeholdende grafitflager, som er den positive ende af batteriet (katode), er trykt på en af ​​de flade sider af papiret, mens blæk indeholdende zinkpulver, som er batteriets (anode) negativ, er trykt på bagsiden af ​​papiret.

Et andet blæk, der indeholder grafitflager og kønrøg, er trykt på begge sider af papiret, oven på de to andre blæk. Denne blæk danner strømaftagere, der forbinder batteriets positive og negative poler til to ledninger placeret for enden af ​​det voksbelagte papir.

Når en lille mængde vand tilsættes, opløses saltene i papiret og frigiver ladede ioner, der gør elektrolytten ledende. Disse ioner aktiverer batteriet ved at diffundere i papiret, hvilket resulterer i oxidation af zinken i blækket ved anoden og frigivelse af elektroner.

Ved at lukke kredsløbet kan disse elektroner så overføres fra den zinkholdige anode – via grafit og sodholdigt blæk, ledninger og udstyr – til grafitkatoden. Disse forskellige reaktioner genererer en elektrisk strøm, der kan bruges til at drive en ekstern enhed.

Bevis på koncept

For at demonstrere denne opfindelses muligheder kombinerede Gustav Nyströms team to celler i et enkelt batteri for at øge driftsspændingen og bruge det til at drive et vækkeur med et LCD-display.

Ydeevneanalyse af enkeltcellebatteriet afslørede, at efter tilsætning af to dråber vand, aktiverede batteriet på 20 sekunder og nåede en stabil spænding på 1,2 volt uden at være forbundet til en vandforbrugende enhed. Spændingen på et standard AA alkalisk batteri er 1,5V.

Efter en time var ydelsen af ​​enkeltcellebatteriet væsentligt reduceret på grund af tørringen af ​​papiret. Efter at forskerne tilsatte yderligere to dråber vand, holdt batteriet en stabil driftsspænding på 0,5 volt i endnu en time.

Biologisk nedbrydeligt

Ifølge forskerne kunne den biologiske nedbrydelighed af papir og zink give deres batteri mulighed for at minimere miljøpåvirkningen af ​​engangs- og lavenergielektroniske enheder.

“Det specielle ved vores nye batteri er, at i modsætning til mange metal-luft-batterier, der bruger en metalfolie, der gradvist brænder væk, efterhånden som batteriet slides, tilføjer vores design kun den mængde zink, der faktisk er nødvendig til den specifikke anvendelse, til blækket. ” , forklarer Gustav Nyström, citeret i pressemeddelelsen.

Jo mere zink blækket indeholder, jo længere kan batteriet holde. Det mere kritiske punkt er vandaktivering, tilføjer Gustav Nyström, og den tid, det tager for batteriet at tørre op.

“Men jeg er sikker på, at det er muligt at ændre batteridesignet for at løse dette problem,” siger han. Til miljømålingsapplikationer ved en bestemt fugtighed eller i fugtige miljøer ville papirtørring dog ikke være et problem.

Tidligere udviklede Gustav Nyströms team en nedbrydelig papirsuperkondensator, der kunne oplades og aflades tusindvis af gange uden tab af effektivitet. Disse to systemer supplerer hinanden, slutter Empa. Dette arbejde er publiceret i tidsskriftet Scientific Reports.

Leave a Comment

Your email address will not be published.